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Warum Strom und Spannung Phasenverschiebung?

Gefragt von: Hinrich Schulze B.Eng.  |  Letzte Aktualisierung: 28. Juni 2023
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Spannung und Strom in Phase
Spulen und Kondensatoren im Stromkreis bewirken, dass Strom und Spannung ausser Phase geraten. Verantwortlich dafür ist das Phänomen der Induktion, welche den Stromfluss verzögert (Spule) bzw. den Spannungsaufbau verlangsamt (Kondensator).

Warum sind Strom und Spannung Phasenverschiebung?

In der Elektrotechnik wird der Begriff Phasenverschiebung in einem Wechselstromkreis im Zusammenhang mit Stromstärken und Spannungen verwendet. Eine Verschiebung tritt immer dann auf, wenn ein mit Wechselstrom betriebener Zweitor induktive oder kapazitive, differenzierende oder verzögernde Eigenschaften besitzt.

Was bringt eine Phasenverschiebung?

Verschobene Phasenlagen zwischen Lautsprechern in einem System können durch die Lautsprecher selbst, die Hörposition und die Raumakustik entstehen. Durch Phasenverschiebungen können Interferenzen entstehen. Dabei können sich Schallwellen überlagern oder auslöschen.

Warum Phasenverschiebung bei Spule?

Der Grund für die Phasenverschiebung ist die Selbstinduktion der Spule. Der Grund ist, dass die Selbstinduktionsspannung der angelegten Spannung entgegenwirkt und der Stromfluss verzögert wird.

Warum eilt der Strom der Spannung voraus?

Der Phasenwinkel des Stromes ist bei einem Kondensator also gegenüber dem Phasenwinkel der Spannung um π/2 verschoben: In einem Kondensator eilt daher der sinusförmige Strom der Spannung um 90° voraus.

Phasenverschiebung (Spannung, Strom) bei Spule, Kondensator, Ohmscher Widerstand, Wechselstrom

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Wie kommt die Phasenverschiebung zustande Trafo?

Beim realen Transformator ist die Phasenverschiebung des Leerlaufstroms gegenüber der Primärspannung aufgrund der Eisenverluste kleiner als 90 Grad. Im Leerlauf sind die Eisenverluste aufgrund des nur geringen Eingangsstroms viel größer als die Kupferverluste durch den Leerlaufstrom in der Primärspule.

Welchen Einfluss hat die Verschiebung zwischen Spannung und Strom auf die Leistung?

Die Gegenspannung (bzw. die Selbstinduktion) verzögert den Stromfluss um eine Viertel Periode (oder φ = 90°; Figur). Die Induktion ist am grössten, wenn die Stromänderung maximal ist. An den Scheitelpunkten (Figur) ist die Stromänderung Null, man misst folglich keine Spannung.

Warum eilt bei der Spule die Spannung dem Strom vor und beim Kondensator die Spannung dem Strom nach?

Die Spule im Stromkreis

Im Einschaltmoment erzeugt der einsetzende Strom in der Spule ein ansteigendes Magnetfeld. Dieses induziert in der Spule eine Spannung, welche der angelegten Spannung entgegengerichtet ist und so den Stromfluss bremst.

Wie verhalten sich Strom und Spannung bei einer Spule?

Jede Änderung des Stroms bzw. magnetischen Flusses erzeugt in der Spule eine Selbstinduktionsspannung. Diese Spannung ist dabei so gerichtet, dass sie einer Stromänderung über einer bestimmten Zeit entgegen wirkt. Eine Abnahme des Stroms führt zur Erhöhung der Spannung.

Warum ist der Gleichspannung höher als Wechselspannung?

Der Unterschied zwischen Gleichspannung und Wechselspannung ist, dass der Strom bei Gleichspannung immer in eine Richtung fließt, da die Spannung kontinuierlich die gleiche Polarität aufweißt. Bei einer Wechselspannung wechseln die Polung und somit die Flussrichtung periodisch.

Welche Phasenverschiebung tritt zwischen der Spannung und dem Strom bei einer Induktivität auf?

An induktiven Widerständen tritt zwischen Spannung und Stromstärke eine Phasenverschiebung 90° auf.

Warum Phasenverschiebung bei Resonanz?

In der Nähe der Eigenfrequenz kann der Erreger dem System immer mehr Leistung zuführen. Die Amplitude wird maximal und die Phasenverschiebung beträgt − π 2 . Wird durch die Dämpfung nicht mehr genug Leistung abgegeben, so steigt die Amplitude immer weiter an und es kommt zur Resonanzkatastrophe.

Warum ist die Phasenverschiebung immer 90 Grad?

"Die Phasenverschiebung U zu I ist bei einer idealen Spule 90°, da, wenn kein Ohmscher Widerstand einwirkt, der Induktionsstrom bei der größten Magnetfeldänderung am größten ist, das heißt bei der Umpolung der Spannung im Nulldurchlauf. "

Warum wird die elektrische Energie mit Hochspannung übertragen?

Zum Transport von elektrischer Energie über große Entfernungen werden Hochspannungsleitung genutzt. Durch den Nutzen hoher Spannungen kann der in den Leitung fließende Strom klein gehalten werden. Hohe Spannungen reduzieren die Verlustleistung auf dem Transportweg.

Warum teilt sich die Spannung auf?

Durch alle Bauteile fließt der gleiche Strom, daher ist die Stromstärke ist an jeder Stelle des Stromkreises gleich groß. Die Spannung der elektrischen Quelle teilt sich auf die Bauteile auf. Alle Teilspannungen addieren sich zur Gesamtspannung.

Was beeinflusst den Phasenwinkel?

Der Phasenwinkel ist abhängig von Zellgröße, Zellmembranpermeabilität und der Verteilung der Körperflüssigkeiten im Intra- und Extrazellulärraum. Der Phasenwinkel als direkter Messwert erlaubt Aussagen über das Membranpotenzial und den Ernährungszustand der Zellen.

Warum entsteht bei Anschluss einer Spule an Gleichspannung nur während des Ein und Ausschaltens eine Selbstinduktionsspannung in der Spule?

Schaltet man den durch eine Spule fließenden Gleichstrom aus, dann bricht das Magnetfeld der Spule zusammen, verändert also seine Stärke und induziert deshalb in der Spule selbst eine Spannung.

Warum muss der Draht für einen Elektromagneten zu einer Spule aufgewickelt werden?

Fließender Strom besteht aus bewegten Elektroden. Je mehr Strom durch die Spule fließt – also je mehr Drähte nebeneinander auf der Spule aufgewickelt werden – desto stärker ist die magnetische Kraft des Elektromagneten. Daher wird in gängigen Elektromagneten der Draht zu einer oft mehrlagigen Spule gewickelt.

Warum ist Bewegung für die Erzeugung von Spannung wichtig?

Die Ladungstrennung bewirkt das Auftreten einer elektrischen Kraft. Sie wirkt entgegengesetzt zur Lorentzkraft. Bei Bewegung des Leiters mit konstanter Geschwindigkeit halten sich die Lorentzkraft und die elektrische Kraft auf eine Ladung in Waage. Diese Ladungsträgertrennung erzeugt die Induktionsspannung Uind.

Was geschieht wenn man eine Gleichspannung an die Spule anlegt?

Eine an Gleichspannung angeschlossene reale Spule erhält elektrische Energie. Ein Teil wird am Wirkwiderstand in Wärme umgesetzt. Der größere Teil wird im Magnetfeld gespeichert. Da es sich um einen nichtlinearen dynamischen Vorgang handelt, kann nur mit differenziell kleinen Zeitabschnitten gerechnet werden.

Was ist der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung?

Die Berechnung von Spannung erfolgt ganz einfach mit dem Ohmschen Gesetz: Spannung = Strom x Widerstand. Diese Formel ist sowohl für Gleichstrom (DC) als auch für Wechselstrom (AC) anwendbar.

Warum steigt die Stromstärke bei steigender Spannung?

Es kann auch vorkommen, dass die Spannung und der Widerstand erhöht werden, z.B. durch Temperaturänderung des Leiters durch den Stromfluss. In dem Fall gilt, dass die Zunahme der Spannung nicht zu einem proportionalen sondern unterproportionalen Anstieg der Stromstärke führt, denn dafür steigt der Widerstand.

In welchem Zusammenhang stehen Strom und Spannung?

Den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand beschreibt man mit der Formel des Ohmschen Gesetzes. Dieses besagt: Spannung = Widerstand · Strom. Oder kurz als Formel: U = R · I.

Wie erzeugt man eine Phasenverschiebung?

Um mit dieser Information nun die Phasenverschiebung für eine gegebene Sinusfunktion zu berechnen, kannst du folgendermaßen vorgehen:
  1. Schritt 1: Du zeichnest die gegebene Sinusfunktion.
  2. Schritt 2: Du zeichnest dazu eine nicht verschobene Sinusfunktion mit derselben Frequenz.
  3. Schritt 3: Du bestimmst die Zeitdifferenz.

Wieso benötigt ein Transformator Wechselspannung?

Da eine Gleichspannung kein sich ständig änderndes Magnetfeld hervorruft, funktioniert ein Transformator ausschließlich mit Wechselspannung. Denn dort wechselt die Spannung ständig die Richtung, wodurch sich auch die Richtung des Magnetfelds immer wieder ändert. Das ist die Voraussetzung für die Induktion.