Warum gilt das Ohmsche Gesetz nicht für Staubsauger?

Ich habe etwas über das Ohmsche Gesetz gelernt und den Widerstand über den Stecker meiner Haushaltsgeräte getestet und den Strom berechnet.

Zum Beispiel war mein Wasserkocher 22 Ohm (10,45 Ampere) und ist durch eine 13-A-Sicherung geschützt.

Das macht Sinn, und ich bin damit einverstanden, aber dann habe ich den Staubsauger getestet, der einen Widerstand von 7,7 Ohm hatte, was 29,8 Ampere entspricht, was sicherlich die 13-A-Sicherung durchbrennen sollte, aber nicht. Ich habe jetzt zwei verschiedene Staubsauger getestet, die unter Spannung und im neutralen Bereich den gleichen geringen Widerstand anzeigen.

Sicher wäre das ein direkter Kurzschluss, aber es funktioniert gut, ändert sich der Widerstand oder was?

Die von Ihnen gemessenen 7,7 Ohm entsprechen dem Wicklungswiderstand des Motors. Dies ist jedoch nicht der einzige Faktor, der den Betriebsstrom bestimmt.

Ihr Staubsauger nähert sich möglicherweise dem berechneten Wert von 30 A, sobald die Spannung angelegt wird. Sobald sich der Motor jedoch dreht, erzeugt er eine Spannung, die proportional zur Drehzahl ist (als Gegen-EMK bezeichnet), die der angelegten Spannung entgegenwirkt und die Nettospannung verringert verfügbar, um Strom durch die Wicklungen zu treiben. Mit zunehmender Motordrehzahl nimmt der Strom (und damit das vom Motor erzeugte Drehmoment) ab, und die Drehzahl setzt sich an dem Punkt ab, an dem das vom Motor erzeugte Drehmoment mit dem Drehmoment übereinstimmt, das zum Antreiben der Last mit dieser Drehzahl erforderlich ist.

Sicherungen lösen nicht sofort aus. Aber wenn Sie den Motor blockieren würden, damit er sich nicht drehen könnte, würde diese Sicherung nicht lange halten.

Ein Staubsauger ist kein Widerstand und die Netzspannung an der Steckdose ist kein Gleichstrom . Das Ohmsche Gesetz gilt für Widerstände und Gleichstrom. Das Ohmsche Gesetz gilt nicht direkt für Ihren Motor, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist .

Bei Motoren müssen Sie die Regeln für Wechselstrom und Induktivitäten beachten. Sie sind weitaus zutreffender für Ihren Fall.

"Widerstand" gilt für Gleichstromkreise. Während der Widerstand bei Wechselstrom immer noch eine Rolle spielt, gibt es auch eine andere Eigenschaft für Wechselstromkreise, die als "Reaktanz" bezeichnet wird und praktisch nur Wechselstromwiderstand ist. "Reaktanz" wird durch Induktivität und Kapazität bereitgestellt und ändert sich mit der Frequenz gemäß den folgenden Formeln:

$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

Widerstand und Reaktanz (induktiv oder kapazitiv) bilden zusammen eine komplexe Zahl der Form

$R$$j$$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

"Also ändert sich der Widerstand oder was?"

Die kurze Antwort lautet ja ...

Lange Antworten sind viel komplexer, aber ich werde Sie nicht mit den Details verwechseln.

In einer Nussschale hat Ihr Staubsauger Magnetspulen. Spulen und insbesondere Motoren sind komplexe Lasten , die nicht nur wie Ihr Wasserkocher Widerstand leisten . Diese Lasten reagieren besonders empfindlich auf Wechselstrom. Das ergibt einen "effektiven Widerstand", der VIEL, VIEL größer ist als der Gleichstromwiderstand, den Sie mit Ihrem Multimeter messen.

Und ja, Sie haben noch nicht gefragt, aber wenn Sie es zum ersten Mal einschalten, kann der anfängliche Stromstoß GROSS sein.

Der effektive Widerstand steigt jedoch sehr schnell an, wenn der Motor startet. Das Gerät ist so konstruiert, dass die Spannungsspitze sehr kurz ist und die Sicherung keine Zeit zum Aufheizen und Schmelzen hat.

In einigen Ländern, wie zum Beispiel in den meisten Ländern Nordamerikas, kann es jedoch vorkommen, dass beim Einschalten des "Staubsaugers" die Lichter auf derselben Rennstrecke kurz abgeblendet werden.

Das Abwürgen des Motors KANN jedoch einige kräftige Ströme erzeugen. Wenn Sie die Kante dieses Teppichs mit dem Staubsauger erfassen und der Motor anfängt zu jammern ... schalten Sie ihn aus.

Motoren erzeugen eine Spannung, die der Quelle, Gegen-EMK, entgegengesetzt ist. Das Ohmsche Gesetz funktioniert also, aber es ist nicht nur der Widerstand und die Quellenspannung in der Gleichung.

Warum gilt das Ohmsche Gesetz nicht für Staubsauger?

$F$$m$$a = F/m$

Alle Gesetze, sicherlich alle physikalischen Gesetze , funktionieren nur für eine bestimmte, genau definierte Umgebung. Das Ohmsche Gesetz (in seiner einfachsten Form, wie es ein Multimeter annimmt) gilt für idealisierte Widerstände . Es kommt vor, dass sich ein Wasserkocher so ziemlich wie ein idealisierter Widerstand verhält, und natürlich auch die Widerstände, die Sie in elektronischen Schaltkreisen verwenden. ^‡ Aber a priori gibt es absolut keinen Grund zu der Annahme, dass eine gegebene, unbekannte Komponente dem Ohmschen Gesetz gehorchen sollte, als gäbe es keinen Grund anzunehmen, dass Keplers Gesetze der Planetenbewegung für Ihren Wasserkocher gelten sollten.

Nur in wenigen Fällen stellt sich heraus, dass ein Gesetz, das für ein physikalisches Objekt A gilt , auch für ein ganz anderes Objekt B gilt . Diese Vorfälle sind die wirklich aufregenden Momente in der Physik, als Einstein vorschlug, dass die Lorentz-Invarianz , die zunächst nur als Eigenschaft von Maxwells Gesetzen der Elektrodynamik bekannt war, auch für massive Körper gilt. Dass sich diese ungerechtfertigte Vorhersage als wahr herausstellte, macht die Relativitätstheorie zu einer richtigen physikalischen Theorie , im Gegensatz zu nur einem Gesetz - wie dem Ohmschen Gesetz, das nur eine Beschreibung dessen ist, was, nun, Widerstände tun.

^† _{Nun, auf einer Ebene funktionieren natürlich die Newtonschen Gesetze für Widerstände: Wenn Sie eine Kraft auf diesen Widerstand ausüben, wird er sehr kurz beschleunigt, bis die Lötstellen eine Gegenkraft ausüben, die ihn zurückhält. Alle Kräfte zusammen, Newtons Gesetz ist dann wieder erfüllt. In ähnlicher Weise kann sogar ein Staubsauger im allgemeinen Sinne das Ohmsche Gesetz erfüllen, wenn Sie die Induktivitäten des Motors als zusätzliche (imaginäre) Impedanzen / Reaktanzen betrachten. Diese sind für Ihr Multimeter einfach nicht sichtbar, so wie die Lötstellen, die Ihren Widerstand niederhalten, für denjenigen, der sie gewogen hat, bevor Sie sie in den Stromkreis aufgenommen haben, nicht sichtbar sind.}

^‡ _{Auch das ist nicht ganz richtig: Tatsächlich hängt der Widerstand von der Temperatur ab, die auch vom Strom beeinflusst wird. und es gibt kniffligere Effekte wie Johnson-Rauschen . Widerstände gehorchen also im hinreichend pedantischen Sinne nicht dem Ohmschen Gesetz!}

Das Ohmsche Gesetz kann entweder als eine exakte Beziehung angesehen werden, wenn es sich um ideale Widerstände handelt, oder als eine Annäherung, wenn es sich um nicht ideale Widerstände handelt, oder als Teil einer Gesamtmenge von 'Gesetzen', wenn es sich um Widerstände plus "etwas anderes" oder um Widerstände handelt, die es gibt in irgendeiner Weise erheblich von ihrer Umwelt beeinflusst.

Das Ohmsche Gesetz gilt immer für die Dinge, für die es gelten soll -
dh für rein invariante Widerstände.

Wenn es für ein 'Ding' nicht funktioniert, dann ist das Ding kein rein invarianter Widerstand.
Es kann sein

• einen Widerstand plus Induktivität oder
• ein durch angelegte Spannung beeinflusster Widerstand oder
• Strom oder
• elektrisches Feld oder
• thermische Effekte oder
• ...

Im Fall eines Staubsaugermotors "sehen" Sie einen Feldinduktor plus einen Rotorinduktor plus den Widerstand beider plus einen Verdrahtungswiderstand. Der angelegte Wechselstrom wird eher durch die Induktivität als durch den Widerstand beeinflusst.

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Die folgenden offensichtlich dumm und pedantisch Aussagen (die in der Tat sein , dumm und pedantisch :-)), passieren immer noch gut die gesamte reale Situation zu erklären:

• Das Ohmsche Gesetz funktioniert für alles.
• Dies gilt nur für den Widerstandsteil.
• Alles hat einen Widerstandsteil.

• Es ist in einigen Fällen sehr groß. zB Tower Bridge in London England hat einen Widerstand, der an zwei ausgewählten Punkten an beiden Enden gemessen werden kann. Es ist wahrscheinlich immens groß, variiert ständig und ist kein allzu nützliches Maß für irgendetwas.

• Wenn sich der Widerstand eines Objekts ändert, gilt weiterhin das Ohmsche Gesetz, aber das Ergebnis ändert sich, wenn sich der Widerstand ändert.

Ein Motor hat Spulen und besitzt daher eine Induktivität. Die Induktivität versucht immer der Ursache entgegenzuwirken, die sie durch die Gegen-EMK hervorbringt. Motor hat auch die Fähigkeit zu drehen. Daher dreht sich der Motor in eine Richtung, die der Änderung des Magnetfelds entgegenwirkt oder sich aufgrund eines sich ständig ändernden Wechselstroms ändert.

Daher wird der Wechselstrom sowohl durch die Gegen-EMK als auch durch das Drehen des Motors behindert. Somit ist, obwohl der Widerstand gering ist, die Behinderung des Stromflusses hoch. Dies ist der Grund, warum der entnommene Strom sehr hoch ist, wenn der Motor blockiert ist und während er startet (im Ruhezustand, daher keine Drehung, um den sich ändernden Strom zu blockieren).