Widerstand vs Reibung vs Wärme

[DerElektroNoob]

Hallo.

Ich habe gerade beim experimentiere festgestellt dass höherohmige Widerstände bei gleichen Bedingungen kälter bleiben als wenn ich diese durch niederohmige ersetze. Ist durch das Ohmsche Gesetz ja auch klar, da I = Spannung / Widerstand.

Aber trotzdem denkt sich mein Gehirn....Niedriger Widerstand -> weniger "Reibung" -> niedrige Wärmeentwicklung und hoher Widerstand -> mehr "Reibung" -> mehr Wärme.

Wie ist das miteinander vereinbar?

[BernhardS]

Definiere "bei gleichen Bedingungen".

Ganz offensichtlich war damit: bei gleicher Spannung gemeint. Da hat der hochohmigere Widerstand jedoch einen niedrigeren Stromfluss.
Die am Widerstand verbratene Leistung und damit die anfallende Wärmemenge ist gleich Spannung mal Strom.

[anders]

Definiere "bei gleichen Bedingungen".

...und: "Reibung".

Strom bedeutet Elektronen pro Zeit, während Spannung den Potentialunterschied, gewissermassen also die Fallhöhe, der Elektronen beschreibt.

Ein schlechter Leiter (höherer Widerstand) stört die Bewegung der Elektronen mehr, weil es öfter zu unelastischen Stößen mit den Atomen des Gitter kommt.
Somit "bremst" er die Elektronen beim Durchlaufen des (gleichbleibenden) Potentials stärker, und somit bewegen sie sich langsamer und pro Zeiteinheit durchqueren weniger einen bestimmten Querschnitt.
---> geringerer Strom.

Unterm Strich ist es aber gleichgültig, ob ein Elektron Hundert Millionen Mal innerhalb eines Zentimeters auf eine winzige Geschwindigkeit beschleunigt wird und dann sofort mit einem Atom des Wirtsgitters zusammenstösst, oder ob das Elektron den Zentimeter im Vakuum frei durchfliegt und dann mit etlichen Kilometern pro Sekunde am Ziel einschlägt.
Die Energiemenge, die ein einzelnes Elektron auf diese Weise als Wärme freisetzt, ist in beiden Fällen gleich.
Unterschiedlich ist nur, wo genau die Wärmeentwicklung stattfindet,

Da jedes Elektron, das von der Potentialdifferenz beschleunigt wird, letzlich seine gesamte kinetische Energie an das Kristallgitter des Widerstandsdrahtes abgibt, und so dessen Atome in Schwingungen versetzt, was sich als Wärme bemerkbar macht, bedeuten, -bei gleicher Potentialdifferenz-, weniger Elektronen pro Zeiteinheit auch weniger Wärme.

[derguteweka]

Moin,

Aber trotzdem denkt sich mein Gehirn....Niedriger Widerstand -> weniger "Reibung" -> niedrige Wärmeentwicklung und hoher Widerstand -> mehr "Reibung" -> mehr Wärme.

Wie ist das miteinander vereinbar?

Dein Gehirn denkt garnicht so verkehrt: Wenn durch Widerstaende der gleiche Strom durchfliesst, dann werden die Widerstaende mit höherem Widerstand mehr Leistung in Waerme umsetzen, denn: P=I²*R - und wenn I immer gleich ist, sind P und R direkt proportional zueinander.
Wenn die Widerstaende an der gleichen Spannung haengen, dann gilt das analog mit dem Leitwert G=1/R:
P=U²*G - d.h. je groesser der Leitwert, desto aua am Finger...

Gruss
WK

[der mit den kurzen Armen]

Schau dir mal an was der olle Ohm da verzapft hat. R=U:I und wenn R konstant bleibt und du die Spannung erhöhst was passiert dann mit dem Strom?
So und wenn du dann noch dran denkst das P=U*I ist geht dir ein Seifensieder auf.
Den Grund warum sich Leiter bei Stromfluss erwärmen hat dir Anders schon genannt.

[Erfinderlein]

Hallo.

Ich habe gerade beim experimentiere festgestellt dass höherohmige Widerstände bei gleichen Bedingungen kälter bleiben als wenn ich diese durch niederohmige ersetze. Ist durch das Ohmsche Gesetz ja auch klar, da I = Spannung / Widerstand.

Aber trotzdem denkt sich mein Gehirn....Niedriger Widerstand -> weniger "Reibung" -> niedrige Wärmeentwicklung und hoher Widerstand -> mehr "Reibung" -> mehr Wärme.

Wie ist das miteinander vereinbar?

Hallo E-Noob,

Das ist gar nicht miteinander vereinbar. Das eine ist wie du selbst erkannt hast ein wirklich bewiesenes Gesetz und das andere sind unausgegorene Gedanken, ja gefährliche Zweifel, die du im Laufe der Zeit verdrängen kannst und mußt. Sonst läufst du Gefahr dich in die Schar der Perpetum mobile Bastler zu begeben und dich lächerlich zu machen.
Um solche Gedanken im Sinne visionärer Eindrücke sinnvoll nutzen zu können muß das Skelett/Gerippe der Grundlagen als Stütze schon vorhanden sein.
Ist leider nur das Wort zum Donnerstag hat aber auch seine Berechtigung.

LG Lothar

[DerElektroNoob]

Ich glaub bei meinem Urpsrungs-Posting kam nicht so ganz rüber was ich eigentlich meine.
Dass ich das Ohmsche Gesetzt verstanden habe möchte ich hier nochmal extra stark betonen. Ich zweifle es in keinster Weise an und verstehe auch, dass ein kleinerer Widerstand durch U/R eben die Stromstärke erhöht.
Bis hierhin Alles klar.

Ich versuch das jetzt mal gaaaaaaaaanz stark zu vereinfachen: Ich habe nen 10 Meter langen Tunnel auf den Leute zulaufen. Davor stell ich einen schwachen kleinen "10Ohm" Türsteher. Der hält dann irgendeine gewisse Menge an Leuten davon ab durch den Tunnel zu laufen (Stormstärke). Dann mach ich genau das selbe nochmal, tausche aber den kleinen schwachen Türsteher gegen nen großen kräftigen "1kOhm" Türsteher aus. Der hält schon deutlich mehr Leute davon ab durch den tunnel zu laufen. Und verrichtet doch auch deutlich mehr "Arbeit". Sprich Hitze.
Und genau DAS verstehe ich nicht. Im Stromkreislauf scheint es ja genau anders zu sein. Wenn beide Ihr Maximum geben brennt der kleine sofort durch während der große noch nichtmal warm wird.

Noch ein Beispiel: Nehme ich nen Feuerwehrschlauch und will ihm nur ein klein wenig zusätzlichen Widerstand geben, dann drück ich halt meinen Daumen ein bisschen rein und fertig. Will ich viel zusätzlichen Widerstand, nehm ich beide Hände und versuche unter großen Kraftaufwand den Schlauch zusammenzupressen.

Warum also wird bei dem Widerstand der nur "ein bisschen" Widerstand leistet viel mehr Hitze frei als bei einem größeren Widerstand der auch entsprechend mehr Widerstand leistet?
Das ist ja so als würde ich beim Bankdrücken 10kg 2mal schaffen aber 100kg 20 mal.

Ich hoffe Ihr versteht jetzt besser was ich meine und wo in meinem Gehirn der Knackpunkt liegt.

[derguteweka]

Moin,

Ich glaub bei meinem Urpsrungs-Posting kam nicht so ganz rüber was ich eigentlich meine.

Hmm, ich meine, es zu erahnen...

...Ich habe nen 10 Meter langen Tunnel auf den Leute zulaufen. Davor stell ich einen schwachen kleinen "10Ohm" Türsteher....bla....

Denn sehet die Teppichböden, sie weben nicht, sie streben nicht und troztdem reichen sie von Wand zu Wand.
Neee, diese Beispiele von dir sind jetzt doch etwas abstrus.

Warum also wird bei dem Widerstand der nur "ein bisschen" Widerstand leistet viel mehr Hitze frei als bei einem größeren Widerstand der auch entsprechend mehr Widerstand leistet?

Das glaubst nur du (bzw. glaubst es, weil du die unterschiedlichen Widerstaende immer an ungefaehr die selbe Spannung gehaengt hast). Haettest du sie immer ungefaehr vom selben Strom durchfliessen lassen, dann waere es genau andersrum gewesen: Ein 1Ohm Widerstand durchflossen von 1A wandelt 1W Leistung in Waerme um; waehrend ein 1KOhm Widerstand vom selben Ampere durchflossen 1000W verheizt...

Das ist ja so als würde ich beim Bankdrücken 10kg 2mal schaffen aber 100kg 20 mal.

Arbeite z.B. beim Gewicht mit dem Kehrwehrt, also z.B. 1/10kg oder 1/100kg und schon wird ein Schuh draus.
Ebenso, wie wenn du deine verschiedenen Widerstaende an ungefaehr die gleiche Spannungsquelle haengst, dann arbeite mit Leitwerten G=1/R und oh Wunder: Je hoeher der Leitwert, desto hoeher die verbrutzelte Leistung, wenn die Spannung gleich bleibt....Wie ich schonmal schrub: P=U²*G

Gruss
WK

[Erfinderlein]

Hallo Noobi,

wenn du mit Widerständen heizen willst ist das eine reine Dimensionierungsfrage. Das gilt aber auch für den Einsatz in Spannungsteilern und als Vorwiderstände. Wenn ein Widerstand in einer Schaltung heiß wird ist er physikalisch und damit meine ich die Baugröße, zu klein.

Deine "Hirngespinste", ja so möchte ich die Konstrukte mal nennen, will ich weder widerlegen noch zerpflücken. Dazu ist mir meine Zeit zu teuer. Sehe auch WK macht sich schon die Arbeit.

In meinem letzten Posting habe ich von unausgegorene Gedanken, ja gefährlichen Zweifeln gesprochen. Jetzt nenne ich es um dich wachzurütteln mal Hirngespinste. Selbstverständlich kann man strömende Medien von Wasser bis hin zu Gehirnschmalz als Analogon aufbauen. Dann sollte es aber auch stimmig sein. Schlage dich bitte erst mal mit der Realität herum, bevor du nicht funktionierende Ideen ausdenkst.

Schönen Abend

Lothar

[DerElektroNoob]

Ja aber genau das ist ja mein Problem: Ich stell die Stromstärke ja nicht manuell runter bevor ich einen stärkeren Widerstand einbaue, sondern die geringere Stromstärke ist eine FOLGE des stärkeren Widerstands.

Ein 1kOhm Widerstand muss demnach ja viel mehr "Widerstandsarbeit" leisten als ein 10Ohm Widerstand. Und ich dachte eben dass dieser Widerstand dann eben einfach in Wärme verbraten wird. (Was laut Ohm und meinen realen Betrachtungen ja aber ganz offensichtlich nicht der Fall ist)
Verstehst Du was ich meine?

Widerstand ist doch keine "aufwandslose" Arbeit!?

[derguteweka]

Moin,

Verstehst Du was ich meine?

Schon seit 3 Posts.

Ja aber genau das ist ja mein Problem: Ich stell die Stromstärke ja nicht manuell runter bevor ich einen stärkeren Widerstand einbaue, sondern die geringere Stromstärke ist eine FOLGE des stärkeren Widerstands.

Das mag bei dir grad zufaellig der Fall sein, weil du deine Widerstaende in diesem, deinem Spezialfall halt an der selben Quelle, die bei deinen verwendeten Widerstaenden eher einen Konstantspannungquellencharakter hat, betreibst.

Ein 1kOhm Widerstand muss demnach ja viel mehr "Widerstandsarbeit" leisten als ein 10Ohm Widerstand.

Gaebe es Widerstandsarbeit, dann haette die z.B. die Einheit Quadratvolt pro Hertz. Viel Spass beim sich was drunter vorstellen wollen :-D

Und ich dachte eben dass dieser Widerstand dann eben einfach in Wärme verbraten wird. (Was laut Ohm und meinen realen Betrachtungen ja aber ganz offensichtlich nicht der Fall ist)
Verstehst Du was ich meine?

Widerstand ist doch keine "aufwandslose" Arbeit!?

Nein, (ohmscher) Widerstand (=die Eigenschaft) ist (ohmscher) Widerstand.Sonst nix. Oder hoechstens noch der Quotient aus Spannung, die daran abfaellt und Strom der durchfliesst. Und wenn ein Widerstand (=das Bauteil) warm wird, dann kommt das ausschliesslich durch die Leistung, die darin umgesetzt wird, also U*I, oder U²*G oder U²/R oder I²*R oder I²/G

Du hast jetzt gemerkt, dass Widerstaende an deinem Netzteil unterschiedlich warm werden. Jetzt neigst du zu der Auffassung: je kleiner der (ohmsche) Widerstand ist, desto waermer wird er. Das stimmt aber nicht immer. Wenn du seehr kleine Widerstaende an dein Netzteil anschliessen wuerdest, dann wuerdest du merken, dass es ploetzlich genau andersrum ist. z.B. ein "0 Ohm" Widerstand wuerde ueberhaupt nicht warm werden (dein Trafo dafuer umso mehr) aber z.B. ein 10mOhm Widerstand wird nicht so warm an deinem 18V Trafo, wie ein 100mOhm Widerstand (probier's nicht aus, der Trafo mag das nicht). D.h. der Fall, den du dir anschaust, ist tatsaechlich komplexer als du das bisher gemerkt hast.

Gruss
WK

[DerElektroNoob]

Ahaaaaaa....Widerstand ist dann also doch eine Arbeit die einfach nur sehr sehr wenig "Arbeit/Aufwand" benötigt und deswegen kann man sie - zumindest in meinem Fall - einfach ignorieren. Bzw. vielmehr deswegen weil die (Ab)Wärme durch den durchfliessenden Strom bzw. dessen Stärke einfach viel höher ist. Denn laut P=I^2 * R spielt die Höhe des Widerstands bei der (Ab)Wärme ja doch eine Rolle. Wenn aber wohl auch nur eine im Vergleich zu I sehr geringe.

Und das mit dem sehr geringen Widerstand wäre in der Tat meine nächste Frage gewesen. Schließlich gehen normale Drähte (sehr wenig Widerstand) ja auch nicht einfach in Flammen auf!
Gibt es denn einen Graphen oder eine Formel oder sonstwas um zu zeigen ab wann der Widerstand groß genug ist um Wärme zu produzieren? Oder hat dieses "Phänomen" einen Namen?

Da müsste ein einfaches Kabel mit R=0,15 bei 5V ja locker mal 33A durchlassen und das würde er sicher nicht sehr lange aushalten, wie Du ja selbst angemerkt hast. Hat das also was mit Innenwiderständen vom Trafo oder sonstwas zu tun oder liegts an einer non-linearität des ohmschen gesetztes? Was ja Wiederum heissen würde dass das Ohmsche Gesetz ja gar kein Gesetz ist sondern nur für bestimmte Arten von Widerständen bestimmt ist. Denn wenn meine Theorie richtig sein sollte, dürfte für eine Diode das Ohmsche Gesetz ja auch nicht gelten? Und ich hab schon gemerkt...das Ohmsche Gesetzt anzufechten kommt hier nicht so gut!
Wo liege ich also Falsch? Bzw. wie nennt man diese "Anomalie" bei sehr kleinen Widerständen?

[der mit den kurzen Armen]

Es gibt nicht nur ohmsche Widerstände! Diese sind Linear das bedeutet, steigt die Spannung bei konstantem R steigt auch der Strom linear an. Beispiel 1 Ohm Widerstand ergibt bei 1 Volt 1A und bei 100V 100A. Als Leistung fallen an dem 1OHM bei 1V*1A=1Watt ab, aber bei 100V schon 100V*100A = 10 000VA =10kW!
Befasse dich mal mit den Grundlagen! Das fängt bei der Spannung an, geht über die Stromstärke bis hin zum Widerstand.
Dann gibt es noch nichtlineare Widerstände dazu gehören Thermowiderstände, Transistoren und Dioden.
Bei Wechselspannung wird es dann interessant, denn da kommt noch die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ins Spiel.
Grundsätzlich sobald du keinen Supraleiter mit echten 0 Ohm hast, hast du immer einen Widerstand und der erzeugt wegen den Kollisionen der Elektronen mit den Atomen immer Wärme ! Wärme ist nur ein Maß dafür wie stark die Atome im Verband schwingen!
So mal ein Beispiel aus der Praxis ein Kupferdraht mit 1 mm² geht sehr wohl auch in Flammen auf. Das kannst du mal probieren an einem alten Autoakku. Der kann durchaus Ströme von 400 A und mehr liefern!
Kupfer hat einen R von rund 0,06 Ohm je Meter bei 1mm² Querschnitt. Du kannst dir ja mal ausrechnen welcher Strom durch diesen R fließt bei 12 V und dann rechne dir mal die in diesem Draht umgesetzte Leistung aus!
Das der Kupferdraht an Deinem Trafo noch nicht warm wird liegt ganz einfach da dran das der Trafo den nötigen Strom gar nicht liefern kann.
Auch ich weise dich nochmal darauf hin verrenne dich nicht in dumme Gedanken!
Jeder Vergleich hinkt !
Beispiel : Spannung ist die Höhe einer Wassersäule! Strom ist dann die Fließgeschwindigkeit des Wassers.
Der Widerstand ist dann der Durchmesser des Rohres! Und die Leistung ist dann die Wassermenge in einer bestimmten Zeit ! Je höher die Fließgeschwindigkeit des Wassers wird umso höher wird auch die Reibung an der Rohrwandung und die Verlustleistung nimmt zu! Und spätestens hier fängt der Vergleich an zu hinken !

[DerElektroNoob]

@Der mit den kurzen Armen: Genauso wie Du es beschreibst, hätte ich es mir auch vorgestellt.
So wie ich es in meinem Excel-Testsheet auch ausgerechnet habe: Bei konstantem R und höher werdender Spannung steigt der Strom linear und die Leistung exponentiell!

Wie allerdings passt das zu dieser Aussage:
Du hast jetzt gemerkt, dass Widerstaende an deinem Netzteil unterschiedlich warm werden. Jetzt neigst du zu der Auffassung: je kleiner der (ohmsche) Widerstand ist, desto waermer wird er. Das stimmt aber nicht immer. Wenn du seehr kleine Widerstaende an dein Netzteil anschliessen wuerdest, dann wuerdest du merken, dass es ploetzlich genau andersrum ist. z.B. ein "0 Ohm" Widerstand wuerde ueberhaupt nicht warm werden (dein Trafo dafuer umso mehr) aber z.B. ein 10mOhm Widerstand wird nicht so warm an deinem 18V Trafo, wie ein 100mOhm Widerstand (probier's nicht aus, der Trafo mag das nicht). D.h. der Fall, den du dir anschaust, ist tatsaechlich komplexer als du das bisher gemerkt hast.

Und nur dass es mal gesagt ist: Ich glaube Euch beiden, will dieses "Problem" nur auch zu 100% selbst verstehen.

@derguteweka: Vielen Dank für Dein letztes Posting. Das hat wirklich ein "Ahaaa" ausgelöst!!

[anders]

Ahaaaaaa....Widerstand ist dann also doch eine Arbeit die

Nein!
Widerstand ist ebenso wenig eine Arbeit, wie "Kreis" oder "Vanillegeschmack".