Innenwiderstand einer Spannungsquelle

Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle ist ein entscheidendes Konzept in der Elektrotechnik, das erklärt, warum reale Spannungsquellen wie Batterien unter Last einen Spannungsabfall aufweisen. Im Gegensatz zu idealen Spannungsquellen, die theoretisch immer eine konstante Spannung liefern, zeigen reale Quellen eine Abhängigkeit von der angeschlossenen Last.

Jede reale Spannungsquelle besitzt einen internen Widerstand, der als Innenwiderstand Ri bezeichnet wird. Dieser resultiert aus chemisch-galvanischen Prozessen, wie dem Ladungstransport durch den Elektrolyten und den damit verbundenen chemischen Reaktionen. Der Innenwiderstand führt dazu, dass die tatsächliche Spannung an den Klemmen (Klemmenspannung) geringer ist als die theoretische Quellenspannung.

Definition: Der Innenwiderstand einer Stromquelle ist der interne elektrische Widerstand, der die Leistungsabgabe der Quelle begrenzt und zu einem Spannungsabfall unter Last führt.

Eine reale Batterie kann als Serienschaltung aus einer idealen Spannungsquelle mit der Quellenspannung Uq und einem Widerstand (Innenwiderstand Ri) modelliert werden. Dies wird als Ersatzschaltbild bezeichnet.

Highlight: Die Klemmenspannung berechnen kann man mit der Formel: Klemmenspannung = Quellenspannung - innerer Spannungsabfall

Wenn ein Strom I durch den äußeren Stromkreis fließt, verringert sich die Klemmenspannung um den Betrag I * Ri. Dies erklärt, warum die Spannung an einem angeschlossenen Lastwiderstand mit steigendem Strom sinkt.

Beispiel: Bei einer 4,5V Flachbatterie sinkt die Spannung von 4,5V auf 4,3V, wenn ein 4,5V/2W Lämpchen angeschlossen wird.

Wichtige Begriffe in diesem Zusammenhang sind:

Vocabulary: Die Leerlaufspannung ist die maximale Spannung einer Quelle, wenn kein Strom fließt (offener Stromkreis).

Definition: Der Kurzschlussstrom ist der maximale Strom, der fließt, wenn die Klemmen direkt verbunden werden (Lastwiderstand = 0). Er wird durch den Innenwiderstand begrenzt und kann mit der Formel Ik = Uq / Ri berechnet werden.

Diese Konzepte sind fundamental für das Verständnis realer elektrischer Systeme und die Berechnung des Innenwiderstands von Batterien, wie z.B. einer 12V Autobatterie oder AGM Batterien. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Auslegung und Analyse von elektrischen Schaltungen und Energiespeichersystemen.