Batterien und strom

 

In dieser kleinen Anleitung finden Sie Informationen zu verschiedenen Batteriegrößen sowie eine Erklärung, wie die Stromversorgung tatsächlich funktioniert (ohne dass es zu technisch wird) sowie wofür die normale Anzeige mAh verwendet werden kann und wofür sie nicht verwendet werden kann. Zusätzlich gibt es Definitionen von Joule, Coulomb, Volt, Ampere, Watt, Wattstunden, Milliampere und Milliamperestunden.

 

 

Das Bild und die Angabe der Größe der Batterien in KJ erfordern möglicherweise etwas mehr Erläuterungen, die Sie in dieser kurzen Anleitung finden.

 

Wenn Sie ein Solarladegerät, ein Solarpanel oder eine Batterie / Powerbank kaufen, kann es hilfreich sein, eine Vorstellung davon zu haben, wie lange es dauert, eine bestimmte Batterie mit einem bestimmten Solarpanel aufzuladen, und wie viel Strom oder Energie tatsächlich vorhanden ist auf Ihrer 20.000 mAh Powerbank. Es gibt auch eine Reihe anderer Dinge, die es wert sind, über Powerbanks zu wissen, bevor Sie eine neue kaufen, und Sie können mehr darüber lesen in unserem zweiten Artikel: Leitfaden zur Auswahl einer Powerbank.

Um die tatsächliche Energiemenge zu berechnen, die sich in einer Batterie befinden kann, gibt es einige grundlegende Begriffe, deren Kenntnis von Vorteil sein kann:

 

Joule (J): kg*m²/s²

Wenn Sie nicht zufällig der große Physiker sind, gibt es keinen Grund, es schwieriger zu machen, als unbedingt nötig - stellen Sie sich Joule einfach als Energie vor. Es ist ausreichend zu verstehen, was in diesem Zusammenhang benötigt wird.

 

Coulomb (C):

Coulomb ist eine Maßeinheit für elektrische Ladung. Vielleicht ist es aussagekräftiger, dass Strom aus sich bewegenden Elektronen besteht und ein Coulomb 6,24 * 1018 Elektronen entspricht. Diese Zahl ist sozusagen ein Standard, der übernommen wurde, weil es wesentlich einfacher ist, mit einem Gerät namens "1 C" zu arbeiten als mit "6,24 * 1018 Elektronen".

 

Volt (V): V = J/C

Volt ist eine Maßeinheit für die elektrische Spannung. Wie durch die Gleichung V = J / C gegeben, ist das Volt die Energiemenge (J) pro Ladung (C), d.h. die Energiemenge, die sich in der Bewegung dieses "Klumpens" von Elektronen befindet - denn ein Elektron ist nicht nur ein Elektron - Die pro Elektron abgegebene Energiemenge kann variieren.

"Volt ist die Differenz der elektrischen potentiellen Energie pro Ladung zwischen zwei Punkten."

Wenn wir mit einer 9-V-Batterie beginnen, bedeutet dies, dass zwischen den beiden Polen der Batterie ein Unterschied besteht. Dieser Unterschied ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die beiden Pole der Batterie nicht gleich negativ sind - ein Pol ist "eine bestimmte Menge" negativer als der andere, und es ist die Größe dieses Unterschieds, die bestimmt, wie viele Volt die Batterie hat. Volt ist also immer eine relative Größe.

 

Ampere (A): A = C/S

Wenn Sie im Wiki nach Ampere suchen, finden Sie diese Definition, die vielen die Augen möglicherweise ein wenig glänzend macht:

"Ein Ampere ist der konstante Strom, der, wenn er in zwei unendlich langen geraden parallelen Leitern mit vernachlässigbaren kreisförmigen Querschnitten in einem Abstand von 1 Meter im Vakuum gehalten wird, eine Kraft zwischen diesen beiden Leitern von 2 × 10-7 Newton pro Meter erzeugt. "

Um Migräne zu vermeiden und die Gelassenheit zu bewahren, kann man jedoch ein grundlegendes, aber vereinfachtes Verständnis von Ampere bilden, indem man sich den Strom, der durch den Draht fließt, als Elektronenklumpen (Coulomb) und Ampere als Anzahl dieser Klumpen vorstellt, die sich über einen bestimmten Punkt auf dem Draht pro Sekunde bewegen. 1 Ampere entspricht 6,24 * 1018 Elektronen, die pro Sekunde durch einen bestimmten Punkt fließen.

 

Watt (W): W = J/s

Wie die Gleichung deutlich zeigt, ist Watt die Energiemenge pro Sekunde.

 

Watt-stunden (WH):

1 Wattstunde ist die Leistung von 1 W in einer Stunde. Wenn W Energie pro Zeit ist und Sie eine bestimmte Zeit haben (zum Beispiel eine Stunde), können Sie die Energiemenge berechnen. Lassen Sie uns z.B. annehmen, wir verwenden 3 W in einer Stunde (3 Wattstunden). Dann haben wir 3 W (= 3 J / s) in 3600 Sekunden (60 Sekunden pro Minute und 60 Minuten pro Stunde, 60 * 60 = 3600). Es gibt uns eine Gesamtenergie von 3 (J / s) * 3600s = 10.800J oder 10.8KJ.

 

Milliampere (mA):

Milli bedeutet tausend, und ein Milliampere ist nur ein Tausendstel Ampere.

Wenn man Schwierigkeiten hat, Strom und Batterien zu verstehen, kann dies in gewisser Hinsicht (etwas vereinfacht) als Wasser in Behältern betrachtet werden, in denen ein bestimmter Druck herrscht. Nehmen wir also an, eine Batterie besteht aus zwei Wasserbehältern, wobei der Druck in Behälter A größer ist als in Behälter B, wie hier gezeigt:

 

Elektronen sind negativ geladen und da negativ von positiv angezogen wird, suchen Elektronen zu dem positiven Pol um die Balance zu halten. Wenn Elektronen durch ein Material mit hohem Widerstand sollen, schafft das Wärme, was in diesem Fall den Glühdraht in der Birne zum Leuchten bringt.

 

In diesem Fall kann man

• Elektronen betrachten als Wassermoleküle
• Coulomb als Wassertropfen (immer gleich groß)
• Ampere als Anzahl der Tropfen pro Sekunde
• Volt als Druck in dem Behälter, aus dem das Wasser kommt (A in der Zeichnung). Je höher der Druck, desto mehr Energie wird auf jeden Wassertropfen ausgeübt und desto mehr Energie kann jeder Tropfen liefern. So hat eine 9V-Batterie z.B. einen "höheren Druck" als eine 1,225 V (AAA) Batterie.
• Die Größe der Behälter als Ausdruck der Energiemenge, die in der Batterie vorhanden sein kann
• Die Stromstärke kann als eine Kombination aus der Menge Wasser, die Sie pro Zeit in Ihrem Kopf erhalten (Ampere) und der Stärke der Tropfen (Volt) gesehen werden

 

Nach dieser Analogie ist es angebracht, den Kern der Sache in Bezug auf die Strommenge der Batterie auf den Tisch zu bringen.

 

Milliamperetimer (mAh):

Die Kapazität einer Batterie wird am häufigsten in Milliampere-Stunden (mAh) angegeben. Dies ist jedoch kein direkter Ausdruck der Energiemenge, die die Batterie enthalten kann, sondern ein Ausdruck dafür, wie lange sie mit der angegebenen Spannung (Volt) der Batterie Strom liefern kann.

 

Um es zu vereinfachen, können wir mAh aufteilen:

 

m = Milli oder Tausendstel

A = Ampere oder C / s

h = Timer

 

Milliamperestunden sind also ein Tausendstel der Amperestunden, die A * h oder C / s * h sind. Dies ist ein Ausdruck dafür, wie lange (h) eine Batterie eine bestimmte Anzahl von Ladungen pro Sekunde (A) liefern und dennoch die Spannung aufrechterhalten kann (V). In der Analogie wäre es gleichbedeutend mit der Aussage: Wie lange kann der Behälter eine bestimmte Anzahl von Tropfen pro Sekunde (Ampere) heraussprühen, während die Tropfen mit einer bestimmten Kraft (Volt) abgegeben werden.

 

Das Problem mit der Kapazität von Batterien, die häufig in mAh angegeben wird, ist jedoch, dass es etwas irreführend ist, wenn ein Faktor (Volt) von Batterie zu Batterie variiert, wenn wir wissen möchten, wie viel ENERGIE sich tatsächlich in der Batterie befindet. Beispiel:

 

Wie viel Energie steckt in einer 9-V-Batterie mit 565 mAh im Vergleich zu einer AAA-Batterie mit 1200 mAh und 1.225 V?

 

Um herauszufinden, wie viel Energie tatsächlich in der Batterie gespeichert werden kann, können Sie die folgende Formel verwenden:

 

Wh = mAh × V / 1000

 

Dies bedeutet, dass die 9-V-Batterie:

WH = 565 mAh * 9 V / 1000 = 565 C / s * h * 9 J / C = 5,09 J / S * h = 5,09 Wh = 18,31 KJ

 

Die AAA-Batterie hat:

WH = 1200 mAh * 1,225 V / 1000 = 1,47 Wh = 5,30 KJ

 

Die 9-V-Batterie enthält also mehr Energie, ist jedoch schneller leer als die AAA-Batterie, da sie einen stärkeren Strom liefert.

 

Wie viel Energie steckt in verschiedenen Batterien?

Okay, jetzt können wir leicht erkennen, warum es wirklich sinnvoll ist, die Eigenschaften von Batterien und Powerbanks in mAh und Volt anzugeben - denn dies sagt etwas darüber aus, wie lange Strom vorhanden ist und welche Leistung dieser Strom hat. (Eine zu hohe Leistung könnte beispielsweise Ihren Laptop abbrennen. Es ist also sehr nützlich zu wissen, welche Leistung Sie verwenden müssen.)

Andererseits können wir auch sehen, warum es nicht so sinnvoll ist, über mAh und Volt zu sprechen, wenn wir herausfinden möchten, wie lange es dauern wird, eine Powerbank mit einem Solarladegerät aufzuladen, von dem wir wissen, dass es 10 W unter optimalen Bedingungen liefert (lesen Sie hier mehr über Solarladegeräte und Ladezeiten).

In diesem Fall ist es sinnvoller zu prüfen, wie viel Energie tatsächlich in der Powerbank gespeichert ist, und dies können wir in KJ angeben.

Wenn Sie die Anzeige auf dem oberen Bild anfangs etwas verwirrend fanden, können Sie sie unten mit neuen Augen betrachten.

 

 

Hier ist anzumerken, dass viele Menschen den Fehler machen, wenn sie überlegen, wie oft ihre 20.000-mAh-Powerbank ihr Galaxy 10S tatsächlich aufladen kann, dass sie denken:

20.000 mAh / 3.400 mAh = 5,9 Aufladungen.

Leider ist das Leben nicht so einfach ...

Erstens beträgt die Spannung an Powerbanks normalerweise 3,7 V (was natürlich in den Berechnungen in der Grafik berücksichtigt wird), aber das Laden von Telefonen über den USB-Anschluss an der Powerbank erfolgt bei 5 V.

Dies bedeutet, dass die tatsächliche Menge 3,7 V / 5 V * 20.000 mAh = 14.800 mAh beträgt.

Außerdem kommt es bei Verwendung der Power Bank immer zu einem Wärmeverlust - oft 10%. Dann sind wir bei:

14.800 mAh * 0,9 = 13.320 mAh.

Eine 20.000-mAh-Powerbank würde daher das Telefon aufladen können:

13.320 mAh / 3.400 mAh = 3,9-fach.

 

 

Wir hoffen, Ihnen hat der Guide gefallen. Wenn Sie bis hier mitgelesen haben, haben Sie jetzt ein grundlegendes Verständnis von Strom sowie von dem, was Sie von Ihrer Powerbank erwarten können :-)