Leerlaufspannung

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:

• Strom, Spannung und Widerstand
• Das Ohmsche Gesetz
• Kurzschluss

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.

Erläuterung:

Links seht ihr die Leerlaufspannung bzw. Quellenspannung U₀ .  Die Quelle hat einen Innenwiderstand, der als R_I 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  R_AB bezeichnen. Da das Messgerät einen sehr hochohmigen Innenwiderstand besitzt,  sind U_O und U_AB 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 I_K an, welche man bei Bedarf auch nach R_I umstellen kann (Was ist ein Kurzschluss ?).

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 U_AB liegt bei 10V. Die Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand von 50 Ohm.

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

Links:

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