Stromkosten Frage - Identische Rahmenbedingungen, nur Gerät differiert
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huhu
ich habe mal eine frage. ich bin ein laie in sachen elektrotechnik und wollte wissen, ob bestimmte geräte unterschiedliche kosten verursachen können, wobei die rahmenbedingungen so sind, dass man sich auf den selben stromanschluss und die selbe zeit und den selben tarifpreis bezieht.
die formel lautet ja:
K = k(=Tarifpreis) * W(=elektrische Arbeit)Die elektrische Arbeit berechnet sich ja aus der leistung multipliziert mit der zeit. die leistung berechnet sich z.b. aus spannung mal strom. die frage ist also, ob sich strom/spannung variabel aufgrund eines angeschlossenen gerätes sind oder ob das immer gleich ist, egal welches gerät ich anschließe. ich denke eher, dass das nicht der fall ist, also dass es variabel in bezug auf ein gerät ist, da diese ja unterschiedlich viel spannung/strom benötigen, oder? Eine waschmachine braucht bestimmt mehr als eine glühbirne. somit müssten auch die kosten variabel sein, oder? nebenbei würde mich auch interessieren, wie der stromgeber das "merkt", wie viel ein gerät braucht, wenn es denn so ist.
danke im voraus und lg
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Die Spannung ist immer die gleiche. 230 V Wechselspannung an einem "normalen" Stromanschluss im Haus. Bei Starkstromanschlüssen ist es ein wenig komplizierter, aber es sind auch feste Werte.
Durch die 50 Watt Glühbirne fließt eben weniger Strom bei gleicher Spannung als durch die 100 Watt Glühbirne. Daher ist bei der 100 Watt Birne die Leistung größer als bei der 50 Watt Birne und somit auch die vollbrachte Arbeit bei gleicher Leuchtzeit.
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nebenbei würde mich auch interessieren, wie der stromgeber das "merkt", wie viel ein gerät braucht, wenn es denn so ist.
Die Netzbetreiber bemerken das anhand der Phasenverschiebung der Spannungs-/stromfrequenz. Wenn gerade viel Strom benötigt wird, also viele Verbraucher am Netz hängen, wirkt das wie ein großer, induktiver Widerstand (seltener auch kapazitive, aber das eher bei speziellen Maschinen der Großindustrie), wodurch die Frequenz gestört wird und entsprechend auf die höhere Nachfrage reagiert werden kann.
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@SeppJ: Danke für die für mich einfach verständliche erklärung.
@Jodocus: Danke dir auch.
das ist neuland für mich, müsste ich mich mal intensiver mit beschäftigen, wenn ich zeit finde.noch ein schönes wochenende.
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electec schrieb:
@Jodocus: Danke dir auch.
das ist neuland für mich, müsste ich mich mal intensiver mit beschäftigen, wenn ich zeit finde.Ein wesentlich einfacheres Beispiel als ein internationales Verbundnetz:
Eine Batterie. Die Batterie hat immer die gleiche Spannung zwischen ihren Anschlüssen (ich nehme mal an, es ist eine ideale Batterie ohne eigenen Widerstand). Die Lämpchen haben unterschiedliche Leistungen. Woher weiß die Batterie nun, wie viel sie leisten muss, wenn das entsprechende Lämpchen angeschlossen wird? Das kommt vom elektrischen Widerstand der Glühbirne. Denn was macht eine Glühbirne heller oder dunkler (also was regelt ihre elektrische Leistung)? Der Glühfaden. Eine Birne mit mehr Leistung kann zum Beispiel einen dickeren Glühfaden haben (der, wenn gleich viel Strom durchfließt entsprechend mehr Licht abgibt als der dünnere Faden, einfach weil er größer ist). Was ist aus Sicht der Batterie der entscheidende Unterschied zwischen dem dicken und dem dünnen Glühfaden? Der elektrische Widerstand. Ein dickerer Faden hat dem Strom weniger entgegen zu setzen (einfach weil mehr Platz für Strom da ist), daher fließt trotz der in beiden Fällen gleichen Spannung im Falle des dicken Fadens mehr Strom und insgesamt wird mehr elektrische Leistung ( = Spannung * Stromstärke) verbraucht.
Man merke sich auch, dass, wenn man die gleiche Glühbirnen an eine andere Batterie mit weniger Spannung anschließt, diese auch entsprechend weniger Leistung aufnehmen würden, also weniger hell leuchten würden. Denn die Batterie sieht nicht die Nennleistung der Glühbirne. Die Nennleistung eines Gerät gilt immer nur für die vorgesehene Betriebsspannung (also bei Haushaltsgeräten 230 V). Die Stromquelle "sieht" aber nur den Widerstand und es würde dann aufgrund der geringeren Spannung einfach weniger Strom fließen. Der Zusammenhang ist das bekannte ohmsche Gesetz I = U / R. (I: Stromstärke, R: Widerstand, U: Spannung).^Das ist natürlich stark vereinfacht, da die Realität wie immer unnötig kompliziert ist. Zum Beispiel ist bei Glühlampen der Widerstand stark davon abhängig, wie heiß sie gerade sind. Und Wechselstrom hat auch noch ein paar Eigenheiten. Aber von den Grundlagen her stimmt die Darstellung. Und Glühlampen kann man sich gut vorstellen. Daher das Beispiel.^
Eine sehr passende Analogie sind Wasserkreisläufe (in geschlossenen Rohren)*:
Spannung = Druck des Wassers (oder genauer: Druckunterschied zwischen zwei Punkten im System)
Stromstärke = Wassermenge die pro Zeit durch ein Rohr fließt
Widerstand = Dicke eines Rohres
Batterie = Pumpe (erzeugt einen Druckunterschied zwischen ihrem Eingang und Ausgang)
Leistung ist ein bisschen abstrakter. Das ist die Möglichkeit, mit dem Wasser Arbeit (pro Zeit) zu verrichten. Man kann sich das so vorstellen, wie schwierig es wäre, gegen den Strom anzukommen. Auch ein kleiner Wasserstrom kann einen umhauen, wenn der Druck nur groß genug ist. Und wenn man in einem Fluss schwimmt, muss die Geschwindigkeit gar nicht mal so groß sein, um einen mitzureißen.Mit dieser Analogie kommt man erstaunlich weit und es ist für viele Menschen anschaulicher als die mathematischen Gesetze des Stromflusses.
Weiteres findest du in Physikbüchern der Mittelstufe.
*: Ich war ziemlich begeistert, wie weit die Analogie in der englischen Wikipedia getrieben wird. Induktivitäten für Wasserkreisläufe? CMOS? Dies und viele andere Analogien kannte ich noch gar nicht
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SeppJ schrieb:
Eine sehr passende Analogie sind Wasserkreisläufe (in geschlossenen Rohren)*:
Damit hab ich auch angefangen, das war gut.
Hab dann aber schnell meine Metapher feändert zu Gaskreisläufen, da sind Schwingkreise viel geschmeidiger von selber drin und jede Leitung ist von selber ein wenig induktiv (Masseträgheit des Gases) und kapazitiv (läßt sich aufpumpen).
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@SeppJ: Danke, ich denke dass ich das nun auch verstanden habe. Klar, wenn bei einer bestimmten Länge der Querschnitt größer ist, dann ist natürlich mehr Platz für den Strom (also für die leitungsträger), und deshalb fließt natürlich mehr durch, weil ja der gesamte Platz verwendet werden kann. Eine Analogie wäre auch das bus-system im PC. wenn der bus z.b. nur 8 bit breit ist, dann kann ich gleichzeitig weniger informationen durchjagen, als wenn der bus 64-bit breit ist.
beim widerstand in der leitung wäre dann noch der spezifische widerstand zu beachten, wenn man unterschiedliche leitungsmaterialien noch beachten möchte (der ja die atomdichte und anzahl freier elektronen, die den strom weitergeben beachtet).
und wenn die spannung zu gering ist, dann fließt weniger durch, weil der "druck" geringer ist. je höher der druck, umso "schneller" können die leitungsträger bei gleichgroßem querschnitt und gleichem material durchgejagt werden.
ist es nicht so, dass die leitungsträger nicht einfach von leitungsanfang zu leitungsende durchfließen, sonder die energie von träger zu träger weitergeben (wie beim kugelstoßpendel), also anders wie beim beispiel mit dem wasser? wurde mir mal so erklärt, ist schon länger her.danke euch
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electec schrieb:
ist es nicht so, dass die leitungsträger nicht einfach von leitungsanfang zu leitungsende durchfließen, sonder die energie von träger zu träger weitergeben (wie beim kugelstoßpendel), also anders wie beim beispiel mit dem wasser? wurde mir mal so erklärt, ist schon länger her.
Ja.
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Swordfish schrieb:
electec schrieb:
ist es nicht so, dass die leitungsträger nicht einfach von leitungsanfang zu leitungsende durchfließen, sonder die energie von träger zu träger weitergeben (wie beim kugelstoßpendel), also anders wie beim beispiel mit dem wasser? wurde mir mal so erklärt, ist schon länger her.
Ja.
Nein. Die Elektronen werden im Leiter zwar gestreut, aber trotzdem haben sie eine mittlere freie Weglänge, auf der sie beschleunigen, bis sie wieder gestoßen werden. Im statistischen Mittel führt das zu einer konstanten, mittleren Driftgeschwindigkeit. So erklärt es das Drude-Modell jedenfalls. Die Leitungselektronen bleiben dabei nicht an den jeweiligen Atomen hängen und übertragen einfach nur Impuls wie ein Stoßpendel (ist ja auch Quark, da man bei der Metallbindung von freien Ladungsträgern ausgeht).
Aber diese anschauliche Erklärung ist quantitativ ziemlich falsch und es gibt keine klassische und halbwegs exakte Anschauung, was beim elektrischen Strom wirklich passiert. Das geht nur mit Quantenstatistik.
