Kurzschluss = kein Strom?

Jetzt möchte ich etwas aufbauen und bin wirklich daran interessiert, Dinge zu lernen (bedenke, dass ich von vorne anfange).
Ich lese die ganze Website und die folgende Zeile in diesem Artikel hat mich einige Zeit am Kopf kratzen lassen:

[Über die Nennleistung eines Stromkreises]
Ebenso ist, wenn wir einen Kurzschlusszustand haben, ein Stromfluss vorhanden, aber es gibt keine Spannung V = 0, daher ist 0 × I = 0, so dass wiederum die innerhalb des Stromkreises verbrauchte Leistung 0 ist.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie etwas zum Schmelzen bringen können, wenn Sie es an beide Enden einer Batterie anschließen. Nicht, dass ich es selbst ausprobiert hätte, aber selbst das Berühren beider Enden einer AAA-Batterie mit einem Metalldraht erzeugt Funken und Hitze. Ist es wirklich richtig, dass im Kurzschlussfall keine Verlustleistung im Stromkreis vorhanden ist?

Ich erinnere mich auch, dass es in einem Stromkreis keinen Elektronenfluss geben könnte, wenn zwischen beiden Enden des Stromkreises kein Spannungsabfall vorhanden wäre. Ist die von mir zitierte Zeile dann nicht widersprüchlich?

Sie sollten nicht so hart mit Ihrem Professor sein.

Die meisten Verwirrungen, mit denen EE-Neulinge zu kämpfen haben, sind, dass wir im Rahmen des Lehrprozesses über theoretische IDEAL-Schaltkreise sprechen. In idealen Schaltkreisen verhalten sich die Dinge oft eher im Gegensatz zu Ihren intuitiven und experimentellen Vorstellungen davon, wie die Dinge tatsächlich funktionieren.

Dinge wie Kurzschlüsse, Transformatoren, Dioden und so ziemlich alles andere, mit dem wir arbeiten, haben ideale Modelle, die wir verwenden, um sie im Rahmen unserer Versuche zu beschreiben und zu verstehen. Die Realität ist weitaus komplizierter und viel schwieriger, wenn nicht unmöglich, vollständig zu definieren.

Als solches ist die Definition eines "Kurzschlusses" tatsächlich eine "ideale Komponente". Es ist ein Widerstand mit Nullwiderstand, das heißt . Das heißt, die Kraft der Batterie wirkt ohne Gegenkraft durch sie hindurch. Wenn Sie auf nichts drücken, tun Sie nichts und es wird keine Energie verbraucht.$0\Omega$

Im wirklichen Leben hat der Draht, mit dem Sie die Batterie kurzschließen, einen geringen Widerstand. Die Batterie selbst hat auch einen Innenwiderstand. Da beide klein sind, ist der resultierende Strom sehr groß. Das bedeutet, dass viel Strom im Kabel verbraucht wird und die Batterie und die Dinge schnell ziemlich warm werden.

Wie gesagt, seien Sie nicht so hart zu Ihrem Professor. Viele EE akzeptieren die Ideale zum Nennwert, während sie erkennen, dass die Realität ganz anders ist. Die idealen Modelle geben uns einen Ausgangspunkt für die Arbeit, von dem aus wir Dinge auf ein funktionierendes Maß an Genauigkeit entwerfen können, ohne uns im Chaos der Effekte der realen Welt zu verlieren.

Wir müssen jedoch immer bedenken, dass die Ideale ein Mythos sind.

Selbst das Berühren beider Enden einer AAA-Batterie mit einem Metalldraht erzeugt Funken und Hitze

Um diesen Stromkreis zu analysieren, müssen Sie sowohl den Innenwiderstand der Batterie als auch den tatsächlichen Widerstand des Kabels berücksichtigen.

Da ein echter Draht einen Widerstand ungleich Null hat, wird tatsächlich etwas Strom an den Draht abgegeben und in Wärme umgewandelt.

Da eine echte Batterie einen Innenwiderstand hat, wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt, was nicht gut tut und die Batterie beschädigen kann.

Die Aussage (von der Website) ist nur im rein theoretischen Sinne richtig, da es wirklich keinen 0 Ohm Kurzschluss gibt. Alle Drähte haben einen gewissen Widerstand, und eine Batterie selbst hat einen Innenwiderstand. Ihr Professor hatte in der Tat Recht - wenn Strom fließt, fällt die Spannung ab, obwohl sie möglicherweise sehr klein ist.

Tatsächlich besteht eine Möglichkeit zur Strommessung in einem Stromkreis darin, einen kleinen kalibrierten Widerstand (Shunt-Widerstand genannt) von typischerweise 0,01 Ohm in Reihe mit der Last zu schalten und den Spannungsabfall (üblicherweise in Millivolt) des Shunts zu messen.

Eine Nullspannung mit Kurzschluss ist nur dann gegeben, wenn der Widerstand Null ist. Das ist eine theoretische Aussage.

In der Realität (zumindest für uns bei Raumtemperatur) wird es immer einen gewissen Widerstand geben und somit wird ein Kurzschluss eine gewisse Spannung und somit Leistung haben.

Betrachten Sie die ideale Schaltung (a) unten. Es fließt ein Strom von 2 A durch den Stromkreis. Es geht von A nach B, über den Widerstand nach C, dann zurück nach D und über die Spannungsquelle nach A, wodurch die Schaltung vervollständigt wird.

Wie groß ist nun der Spannungsabfall in der AB-Leitung und wie viel Energie wird dort verbraucht? Das ist ein idealer Draht, daher ist sein Widerstand Null, und daher sind der Spannungsabfall und die Leistung ebenfalls Null. Unabhängig davon, dass ein 2 A-Strom fließt. Ein idealer Draht ist ein Kurzschluss, und hier ist einer, der keine Energie verbraucht, wie es Ihr Lehrer gesagt hat.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

$V_2\ /\ R_2$$10\ \mathrm{V}\ /\ 0\ \Omega$$R_2$$\lim_{R_2\to0} {V_2\over R_2} = \infty$

Natürlich gibt es auch einen Spannungsabfall, da die Netzspannung um den Stromkreis herum Null sein muss. Eine Spannung ungleich Null mal unendlichem Strom ergibt unendliche Leistung. Dies unterscheidet sich von (a), da hier die gesamte Spannungsquelle kurzgeschlossen wurde.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn eine Anzahl von Widerstandselementen in Reihe geschaltet und von einer Spannungsquelle angesteuert werden, ist die Gesamtleistung umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand (genauer gesagt: Spannung im Quadrat geteilt durch Widerstand), jedoch zum Anteil der von empfangenen Leistung Jedes einzelne Widerstandselement ist proportional zu seinem Widerstand.

Wenn eine Leitung mit einem Widerstand von 1 Ohm in Reihe mit einer Glühbirne mit einem Widerstand von 99 Ohm geschaltet ist und diese Kombination mit einer 100-Volt-Quelle betrieben wird, beträgt die Gesamtleistung 100 Volt im Quadrat geteilt durch 100 Ohm Gesamtwiderstand, dh 100 Watt. Von dieser Leistung würden 99% in der Glühbirne und 1% im Draht abgeführt.

Wenn der Widerstand der Glühbirne auf 0,001 Ohm abfallen würde, wäre die gesamte Verlustleistung 100 Volt im Quadrat geteilt durch den Gesamtwiderstand von 1,001 Ohm, dh 9,9990 Watt. Von dieser Leistung würden etwa 0,1% (10 Watt) in der kurzgeschlossenen Glühbirne und 99,9% (9980 Watt) im Draht verbraucht. Es ist zu beachten, dass die maximale Verlustleistung in der Glühbirne auftreten würde, wenn ihr Widerstand gleich dem des Kabels wäre. In diesem Fall würden 5.000 Watt zu gleichen Teilen auf den Draht und die Glühbirne verteilt (jede erhält 2.500 Watt).

Dies scheint auf der Annahme zu beruhen , dass der Strom durch die Schaltung selbst in der Idealisierung noch endlich ist und somit V = IR V = 0 impliziert.

Ein vernünftigeres Modell für einen realen Kurzschluss wäre, dass die Spannung ungleich Null bleibt. im Idealfall ohne Widerstand hätten Sie also unendlich viel Strom. Die Leistung P = IV wäre ebenfalls unendlich.

Ihre Frage hat mich neugierig gemacht und ich habe meine eigene gepostet . Der Kommentar von Nick Alexeev beantwortet im Grunde genommen Ihre Frage - das Modell des Kurzschlusses, über den Sie lesen, ist dazu gedacht, harmlosere Schaltkreise zu modellieren, nicht solche, die schmelzen.