Schaltung Ladevorgang Autobatterie

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Eine volle Autobatterie mit 12,2V Spannung wird für eine Starthilfe mit einer leeren Autobatterie verbunden, die 11,3V hat. Beide Batterien haben einen Innenwiderstandvon 0,01 Ohm. Das Verbindungskabel besteht aus Kupfer, hat eine Gesamtlänge
von 2 x 2,5m (Hin- und Rückleitung) und einen Durchmesser von 6mm.

Wie kann ich mir die Schaltung jetzt vorstellen? Die beiden Batterien parallel geschaltet, wie berücksichtige ich dann aber das Kabel? Das ist dann zu der vorhandenen Parallelschaltung in Reihe geschaltet?

Ich hatte jetzt auf diversen Seiten des öfteren gelesen dass Autobatterien beim Laden parallel geschaltet werden. Irritiert mich jetzt aber wegen der unterschiedlichen Spannung.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Ich habe noch eine Weile probiert und gemacht und komme nicht weiter.

Ich habe dann noch die Aufgabe ähnlich hier gefunden:

https://lp.uni-goettingen.de/get/text/4396

aber:

1) Maschenregel etc. kenne ich nicht und haben wir nicht behandelt
2) Wie wird mit den vorgegebenen Spannungen umgegangen? In einer Parralelschaltung sollte die SPannung doch überall gleich sein
3) Was ist die Innere Spannung der Batterien und wie würde ich die in meinem Schaltbild mit einbringen, um rechnen zu können? Nach der Göttingen-Seite ist diese ja bei beiden Batterien gleich, obwohl die vorhandene Spannung unterschiedlich ist.
4) wieso wird die kabelspannung ebenfalls mal 2 genommen?

Fragen über Fragen, ich blicke gar nicht durch.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Lässt sich die Aufgabe nur mit der Maschenregel lösen? Die haben wir nicht gemacht und ich finde sie nur bei der Vergleichsaufgabe.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Meine Stromquelle wäre wohl die "volle Batterie".

Wie komme ich aber auf die Kabelspannungen? Wenn ich die Kabelspannungen zweimal nehme dann darf ich aber im Kabelwiderstand nur mit 2,5 Metern rechnen, weil ich im ersten Aufgabenteil diesen doch mit 2x2,5 für das gesamte Kabel berechnen sollte, oder?

Und wie berechne ich die innere Batteriespannung? Mit den vorgegbenen Innenwiderständen und den Spannungen, die von vornerein bei den Batterien vorhanden waren?

Sieht meine Schaltung so aus wie vermutet? Wohl nicht, sonst könnte ich nicht alles in einer Masche betrachten, odeR?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Bevor hier unqualifiziert weiter diskutiert wird (niemand scheint den Unterschied zwischen Strom- und Spannungsquelle zu kennen), mal eine bescheidene Zwischenfrage:

Was ist eigentlich die Aufgabenstellung? Welches ist die gesuchte Größe? Ist es die "innere Batterriespannung"? Ist damit die Leerlaufspannung gemeint? Die ist ja für beide Batterien vorgegeben. Oder gilt die Aufgabenstellung der "anderen" nachgeschobenen Aufgabe?

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Eigentlich ist die obige Aufgabe zu lösen.

Gesucht ist der Strom, der von der vollen Batterie (12,2V) zur entladenen / weniger geladenen Batterie (11,3V) fließt. Beide Batterien sind mit einem Kabel mit bekanntem (bzw. berechnetem) Widerstand verbunden.

Die Begriffe "innere Batteriespannung" und Leerlaufspannung" sagen mir per se erst einmal nichts. Leerlaufspannung klingt für mich nach der Spannung die in der Batterie vorliegt, wenn Sie nicht genutzt wird, also im Prinzip die gegebenen Spannungen.

Ich habe nochmal gesucht:

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.

Also ist die Leerlaufspannung jeweils die gegebene Spannung. Was wäre / ist aber die innere Spannung ? Spielt sie überhaupt eine Rolle?

Ich suche den Strom, welcher letzendlich von der vollen Batterie zur "leeren" Batterie fließt. Ist meine volle Batterie dann nicht eine Spannungsquelle?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Stimmt. Den Begriff der inneren Spannung habe ich von der Uni-Göttingen-Seite.

Ich habe von der Machenregel vorher noch nicht gehört. Die Aufgabe stammt aus einer Altklausur von vor 2 Jahren und nicht aus meinen Übungsaufgaben (die ich zum Glück alle zwei mal durch habe, da tauchte auch nie die Maschenregel auf). Der Vorlesungsinhalt ist beim Dozenten eigentlich immer gleich, daher kann man i.d.R. auch die alten Klausuren alle lösen. Jetzt kann es sein dass ein Prof. vielleicht in diesem Semester auch die Maschen- und Knotenregel gemacht hat, weil dieser sich vor ein paar Semestern mal hat vertreten lassen (aufgrund der Klausurbeschriftung und dem Archiv).

Die andere Spannungsquelle ist dann wohl meine andere Batterie. Zwischen den Batterien ist das Kabel bzw. jeweils ein Kabel (à 2,5m). Also habe ich genau eine Masche in meiner Aufgabe, richtig?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Richtig.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Gut. Also habe ich einen Stromkreis mit zwei Spannungsquellen und zwei Widerständen (die Kabel). Ich nehme jetzt aber an dass die Batterien nicht die Leerlaufspannung abgeben, sondern die Klemmenspannung aufgrund des Innenwiderstandes geringer ist ?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Die Kabelwiderstände kannst Du ruhig zu einem zusammenfassen. Natürlich verwendest Du die Leerlaufspannungen der Batterien, was anderes ist doch gar nicht gegeben. Allerdings fehlen in Deiner Masche noch die beiden Innenwiderstände.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Ok. Noch eine weitere Zwischenfrage zur Maschenregel: Woher weiß ich nun welches Vorzeichen die jeweiligen Spannungen haben, sowohl von den Quellen als auch von den Widerständen?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Zeichne Dir Spannungspfeile (von Plus nach Minus) an die Spannungsquellen, zeichne Dir einen Strom ein, egal in welche Richtung, zeichne an jeden Widerstand einen Spannungspfeil in Richting des eingezeichneten Stromes, und dann zähle alle Spannungen bei einem Maschenumlauf (egal welche Richtung) vorzeichenrichtig zusammen, also bei Spannungspfeilen in Umlaufrichtung positiv, bei Spannungsrichtung gegen den Umlaufsinn negativ. Wende für die Spannungen an den Widerständen das ohmsche Gesetz an (U=RI) und löse die Maschengleichung nach I auf.

Einfacher ist es, wenn Du alle drei in Reihe liegenden Widerstände (Kabelwiderstand und zwei Innenwiderstände) zusammenfasst und dann das beschriebene Verfahren anwendest.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

So, ich habe mal ins Tafelwerk geschaut. Da hatten zwei Quellen unterschiedliche Vorzeichen. Ist natürlich kein Wissen, sondern nur Intuition. Du wirst mir bestimmt wieder sagen können, warum dass so sein muss.

Wahrscheinlich weil die Pluspole und Minuspole mit einander verbunden sind und der Strom jeweils von einem Pol zum anderen fließt und daher "entgegengesetzt" fließt.

Der Strom innerhalb einer Masche ist überall gleich, oder ? Die Masche betrachte ich dann diesbezüglich wohl wie eine Reihenschaltung, und da ist I ja überall gleich ?!?

Also habe ich als Summe der Spannungen

12,2V-11,3V=(-2,95*10^-3 Ohm-2*0,01 Ohm)*I

I=39,2A

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Es gab noch die Zusatzfrage wie groß der Strom ist wenn falsch gepolt wurde. Da habe ich die Spannungen der Quellen entsprechend addiert und nicht subtrahiert und komme auf 1024A, was wohl richtig ist.

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Ich fürchte, Du hast den Kabelwiderstand falsch berechnet. Bedenke: die Gesamtlänge ist 5m, und der Querschnitt ist nicht gleich dem Kabeldurchmesser.

Was die Richtung der Spannungsquellen angeht, so müssen zum Laden natürlich Plus mit Plus und Minus mit Minus verbunden werden. Denn nur dann sind Strom und Spannungspfeil an einer Spannungsquelle entgegengerichtet (Energieabgabe) und an der anderen gleichgerichtet (Energieaufnahme). Dann soll beim Laden natürlich so sein.

Zeichne Dir die Schaltung mal mit Plus an Minus und Minus an Plus auf und rechne. Du wirst sehen, dass da ein irre hoher Strom rauskommt. Beide Quellen geben Energie an die sehr kleinen Widerstände im Kreis ab.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Genau, ich habe mit 5m gerechnet und den Querschnitt mit Pi/4*d³ berechnet. Stimmt so auch mit dem numerischen Ergebnis überein. Genauso wie beim fließenden Strom bei richtiger Verkabelung (39,2A).

Nur beim letzten Fall (falsche Verkabelung) habe ich 1024A raus und 1,024A steht in der Lösung. Ein Fehler?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Ok, ich hatte mich verrechnet, sorry! Die Diskrepanz zwischen Deinem und meinem Ergebnis liegt sicherlich in den leicht unterschiedlichen Werten für die Leitfähigkeit bzw. den spezifischen Widerstand von Kupfer. Ich verwende für die leitfähigkeit den bei Elektrikern üblichen Wert von 56Sm/mm², was einem spezifischen Widerstand von 17,86*10^-3 Ohm*mm²/m entspricht.

Hilfebedürftiger · Anmeldungsdatum: 24.03.2010 Beiträge: 103

Ich habe mit dem in der Klausur vorgegebenen Wert von

gerechnet :-)

Den habe ich hier noch gar nicht gepostet.