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Leerlaufspannung

Geschrieben von: Dennis Rudolph
Sonntag, 20. Juli 2014 um 19:47 Uhr

Mit der Leerlaufspannung beschäftigen wir uns in diesem Artikel der Elektrotechnik. Dabei lernt ihr, was die Leerlaufspannung überhaupt ist und wie man sie berechnet.

Im nun Folgenden möchten wir uns mit der Leerlaufspannung befassen. Um dies verstehen zu können, ist es jedoch sehr wichtig, dass ihr einige Grundbegriffe der Elektrotechnik schon kennt. Wem die folgenden Themen noch gar nichts sagen, der möge diese bitte erst nachlesen:

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Was ist die Leerlaufspannung?

Die Leerlaufspannung ist die an den Klemmen einer unbelasteten Spannungsquelle gemessene elektrische Spannung. Oder anders ausgedrückt: Die Leerlaufspannung ist die Spannung auf der Ausgangsseite einer Spannungsquelle, wenn kein Verbraucher (z. B. eine Lampe) angeschlossen ist. Es fließt kein elektrischer Strom. Somit fällt keine Spannung über den Innenwiderstand der Spannungsquelle ab.

In der Praxis setzt man ein Messgerät ein, mit welchem die Leerlaufspannung einer Quelle gemessen wird. Dieses Messgerät muss einen deutlich höheren Innenwiderstand haben, als ihn die Quelle aufweist.  Erst dadurch ist gewährleistet, dass die Belastung der Spannungsquelle durch das Messgerät vernachlässigbar klein ist.


Leerlaufspannung berechnen

Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Berechnung der Leerlaufspannung. Betrachtet zunächst einmal die folgende Grafik, welche im Anschluss erläutert wird und auf die sich unsere Formelangaben beziehen.

Leerlaufspannung

Erläuterung:

Links seht ihr die Leerlaufspannung bzw. Quellenspannung U0 .  Die Quelle hat einen Innenwiderstand, der als RI bezeichnet wird. An die Klemmen A und B hängen wir nun ein hochohmiges Spannungsmessgerät, um die Leerlaufspannung U0 zu bestimmen. Das Spannungsmessgerät selbst hat einen Innenwiderstand, den wir als  RAB bezeichnen. Da das Messgerät einen sehr hochohmigen Innenwiderstand besitzt,  sind UO und UAB praktisch gleich.

Formeln:

Für die eben erläuterten Bezeichnungen findet ihr im nun folgenden Formeln zur Berechnung von Spannungen, Strömen und Widerständen. Unter Umständen benötigt ihr mehrere der Formeln, um die Leerlaufspannung U0 zu berechnen.  Zudem geben wir auch die Formel zur Berechnung des Kurzschluss-Stroms IK an, welche man bei Bedarf auch nach RI umstellen kann (Was ist ein Kurzschluss ?).

Leerlaufspannung berechnen

Beispiel:

Wir möchten die Leerlaufspannung U0 berechnen. Den Innenwiderstand des Messgeräts soll mit sehr hohen 50 · 106 Ohm angenommen werden (Begründung unterhalb der Rechnung). Die Klemmenspannung UAB liegt bei 10V. Die Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand von 50 Ohm.

Leerlaufspannung Beispiel

Wie man sehen kann, sind U0 und UAB nahezu gleich groß. Dies gilt dann, wenn das Spannungsmessgerät sehr hochohmig ist. Hat man nun UAB gemessen, kennt man somit auch U0.

Links:

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