„Benutzer:Dw10/Analogie thermischer und elektrischer Größen“ – Versionsunterschied
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| Transportierte Größe |
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| Wärme / Wärmemenge |
| [[Wärme|Wärme / Wärmemenge]] |
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<math>Q_{th}</math> |
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| Ladung |
| [[Elektrische Ladung]] |
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| Flussgröße |
| Flussgröße |
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| Wärmefluss / Wärmestrom / Wärmeleistung |
| [[Wärmefluss|Wärmefluss / Wärmestrom / Wärmeleistung]] |
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<math>p=\dot{Q}=\frac{\text{d}{{Q}_{th}}}{\text{d}t}</math> |
<math>p=\dot{Q}=\frac{\text{d}{{Q}_{th}}}{\text{d}t}</math> |
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| Strom |
| [[Elektrischer Strom]] |
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<math>i=\frac{\text{d}Q_{el}}{\text{d}t}</math> |
<math>i=\frac{\text{d}Q_{el}}{\text{d}t}</math> |
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| Knotensatz |
| Knotensatz |
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| Thermischer Knotensatz |
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<math>\sum{q}=0</math> |
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| [[Knotensatz|Elektrischer Knotensatz]] |
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<math>\sum{i}=0</math> |
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| Skalare Feldgröße |
| [[Skalarfeld|Skalare Feldgröße]] |
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| Temperatur |
| [[Temperatur]] |
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| Potential |
| [[Elektrisches Potential]] |
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| Vektorielle Feldgröße |
| [[Gradientenfeld|Vektorielle Feldgröße]] |
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| Temperaturgradient |
| [[Temperaturgradient]] |
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<math>-\text{grad}T</math> |
<math>-\text{grad}T</math> |
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| Elektrische Feldstärke |
| [[Elektrische Feldstärke]] |
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<math>\mathbf{E}=-\text{grad}\varphi </math> |
<math>\mathbf{E}=-\text{grad}\varphi </math> |
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| Integraler Maschensatz |
| Integraler Maschensatz |
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| Umlauf im [[Temperaturfeld]] |
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| Temperaturmasche |
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<math>\oint{-\text{grad}T}\cdot \mathbf{ds}=0</math> |
<math>\oint{-\text{grad}T}\cdot \mathbf{ds}=0</math> |
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| Umlauf im [[Elektrisches Feld|elektrischen Feld]] |
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<math>\oint{\mathbf{E}}\cdot \mathbf{ds}=0</math> |
<math>\oint{\mathbf{E}}\cdot \mathbf{ds}=0</math> |
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Integrierte Feldgröße |
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| Temperaturdifferenz |
| [[Temperaturdifferenz]] |
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<math>\Delta T={{T}_{1}}-{{T}_{2}}</math> |
<math>\Delta T={{T}_{1}}-{{T}_{2}}=\int\limits_{{{P}_{1}}}^{{{P}_{2}}}{-\text{grad}T \cdot \mathbf{ds}}</math> |
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| Spannung |
| [[Elektrische Spannung]] |
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<math>u={{\varphi }_{1}}-{{\varphi }_{2}}</math> |
<math>u={{\varphi }_{1}}-{{\varphi }_{2}}=\int\limits_{{{P}_{1}}}^{{{P}_{2}}}{\mathbf{E}\cdot \mathbf{ds}}</math> |
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| Maschensatz |
| Maschensatz |
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| Temperaturmasche |
| Temperaturmasche |
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<math>\sum\limits_{Umlauf}{\Delta T}=0</math> |
<math>\sum\limits_{Umlauf}{\Delta T}=0</math> |
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| [[Kirchhoffsche Regeln|Maschensatz]] |
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| Elektrische Masche |
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<math>\sum\limits_{Umlauf}{u}=0</math> |
<math>\sum\limits_{Umlauf}{u}=0</math> |
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| Materialparaemter |
| Materialparaemter |
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| [[Wärmeleitfähigkeit]] |
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| Wärmeleitungskoeffizient |
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<math>\lambda </math> |
<math>\lambda </math> |
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| [[Elektrische Leitfähigkeit]] |
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<math>\kappa </math> |
<math>\kappa </math> |
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| [[Flussdichte]] / |
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Differentielle Flussgröße |
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| Wärmestromdichte |
| [[Wärmestromdichte]] |
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<math>\mathbf{q}=-\lambda \ \text{grad}T</math> |
<math>\mathbf{q}=-\lambda \ \text{grad}T</math> |
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| Stromdichte |
| [[Elektrische Stromdichte|Stromdichte]] |
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<math>\mathbf{S}=\kappa \mathbf{E}=-\kappa \,\text{grad}\varphi </math> |
<math>\mathbf{S}=\kappa \mathbf{E}=-\kappa \,\text{grad}\varphi </math> |
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| [[Quelle und Senke|Flussquelle]] |
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| Wärmestromquelle |
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<math>{{p}_{0}}</math> |
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| [[Stromquelle (Schaltungstheorie)|Stromquelle]] |
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| [[Quelle und Senke|Feldquelle]] |
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| Temperaturdifferenzquelle |
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| [[Spannungsquelle]] |
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<math>{{u}_{0}}</math> |
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| Widerstand |
| Widerstand |
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Definition |
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| Wärmewiderstand |
| [[Wärmewiderstand|Thermischer Widerstand]] |
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<math>{{R}_{th}}=\frac{\Delta T}{{\dot{Q}}}</math> |
<math>{{R}_{th}}=\frac{\Delta T}{{\dot{Q}}}</math> |
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| Elektrischer Widerstand |
| [[Widerstand (Bauelement)|Elektrischer Widerstand]] |
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<math>R=\frac{u}{i}</math> |
<math>R=\frac{u}{i}</math> |
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| Widerstand |
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Bemessungsgleichung |
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für homogener Feld |
für homogener Feld |
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| [[Wärmewiderstand|Thermischer Widerstand]] |
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<math>{{R}_{th}}=\frac{1}{\lambda }\frac{l}{A}</math> |
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| [[Widerstand (Bauelement)|Elektrischer Widerstand]] |
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| Widerstand |
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[[Reihenschaltung]] |
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| <math>{{R}_{th}}=\sum\limits_{n}{{{R}_{th,n}}}</math> |
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| <math>R=\sum\limits_{n}{{{R}_{n}}}</math> |
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| Widerstand |
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[[Parallelschaltung]] |
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| <math>\frac{1}{{{R}_{th}}}=\sum\limits_{n}{\frac{1}{{{R}_{th,n}}}}</math> |
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| <math>\frac{1}{R}=\sum\limits_{n}{\frac{1}{{{R}_{n}}}}</math> |
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| Kapazität |
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Definition |
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<math>{{C}_{th}}=\frac{\text{d}{{Q}_{th}}}{\text{d}T}</math> |
<math>{{C}_{th}}=\frac{\text{d}{{Q}_{th}}}{\text{d}T}</math> |
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| Elektrische Kapazität |
| [[Elektrische Kapazität]] |
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<math>C=\frac{{{Q}_{el}}}{u}</math> |
<math>{{C}_{el}}=\frac{{{Q}_{el}}}{u}</math> |
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| Kapazität |
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Fluss-Differenz-Beziehung |
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| Wärmestrom-Temperatur-Beziehung |
| Wärmestrom-Temperatur-Beziehung |
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<math>p={{C}_{th}}\frac{\text{d}\Delta T}{\text{d}t}</math> |
<math>p={{C}_{th}}\frac{\text{d}\Delta T}{\text{d}t}</math> |
||
| Strom-Spannungs-Beziehung |
| Strom-Spannungs-Beziehung |
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<math>i={{C}_{el}}\frac{\text{d}u}{\text{d}t}</math> |
<math>i={{C}_{el}}\frac{\text{d}u}{\text{d}t}</math> |
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| Kapazität |
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Bemessungsgleichung |
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für homogenes Feld |
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| [[Wärmekapazität|Thermische Kapazität]] |
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für homogene Temperatur |
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<math>{{C}_{th}}=c\ m=c\rho V</math> |
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für homogene elektrische Feldstärke |
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<math>{{C}_{el}}=\varepsilon \frac{A}{l}</math> |
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| Kapazität |
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[[Parallelschaltung]] |
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| Addition Kapazitäten |
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<math>{{C}_{th}}=\sum\limits_{n}{{{C}_{th,n}}}</math> |
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| Parallelschaltung |
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<math>{{C}_{el}}=\sum\limits_{n}{{{C}_{el,n}}}</math> |
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| Kapazität |
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[[Reihenschaltung]] |
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| Physikalisch nicht möglich<sup>*2</sup> |
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| Reihenschaltung |
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<math>\frac{1}{{{C}_{el}}}=\sum\limits_{n}{\frac{1}{{{C}_{el,n}}}}</math> |
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<sup>*1</sup>In der Elektrotechnik speichert eine Kapazität über der keine Spannung abfällt keine elektrische Energie, ganz gleich auf welchem elektrischen Potential sie liegt. Im thermischen Ersatzschaltbild ist die Energiespeicherung mit der Temperatur, dem thermischen Potential, verknüpft. Insofern ist die thermische Kapazität stets zur Referenztemperatur <math>{{T}_{0}}</math> zu schalten. |
<sup>*1</sup>In der Elektrotechnik speichert eine [[Elektrische Kapazität|Kapazität]] über der keine Spannung abfällt keine elektrische Energie, ganz gleich auf welchem elektrischen Potential sie liegt. Im thermischen Ersatzschaltbild ist die Energiespeicherung mit der Temperatur, dem thermischen Potential, verknüpft. Insofern ist die thermische Kapazität stets zur Referenztemperatur <math>{{T}_{0}}</math> zu schalten. Eine Umwandlung in einer andere Ersatzschaltung kann nur unter der Bedingung äquivalenter Ersatzschaltungen erfolgen. |
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Weiterhin geht die klassische Wärmekapazität von einer homogenen Temperaturverteilung im Körper aus, was bei einer Temperaturdifferenz über einem Körper nicht gegeben ist. Die thermische Kapazität im Ersatzschaltbild ist somit unter Berücksichtigung des inneren Temperaturgradienten zu berechnen. |
Weiterhin geht die klassische [[Wärmekapazität]] von einer homogenen Temperaturverteilung im Körper aus, was bei einer Temperaturdifferenz über einem Körper nicht gegeben ist. Die thermische Kapazität im Ersatzschaltbild ist somit unter Berücksichtigung des inneren Temperaturgradienten zu berechnen. |
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<sup>*2</sup>Thermische Kapazitäten skalieren mit dem Volumen. Eine Ersatzkapazität der Reihenschaltung, wie aus der Elektrotechnik bekannt, ist somit nicht möglich. In Reihe geschaltete thermische Kapazitäten sind daher nur in äquivalenten [[Ersatzschaltbild|Ersatzschaltungen]] möglich, aber nicht physiklisch realisierbar. |
Aktuelle Version vom 5. Juni 2019, 13:58 Uhr
Thermische Größen | Elektrische Größen | |
Transportierte Größe | Wärme / Wärmemenge
|
Elektrische Ladung
|
Flussgröße | Wärmefluss / Wärmestrom / Wärmeleistung
|
Elektrischer Strom
|
Knotensatz | Thermischer Knotensatz
|
Elektrischer Knotensatz
|
Skalare Feldgröße | Temperatur
|
Elektrisches Potential
|
Vektorielle Feldgröße | Temperaturgradient
|
Elektrische Feldstärke
|
Integraler Maschensatz | Umlauf im Temperaturfeld
|
Umlauf im elektrischen Feld
|
Differenzgröße /
Integrierte Feldgröße |
Temperaturdifferenz
|
Elektrische Spannung
|
Maschensatz | Temperaturmasche
|
Maschensatz
|
Materialparaemter | Wärmeleitfähigkeit
|
Elektrische Leitfähigkeit
|
Flussdichte /
Differentielle Flussgröße |
Wärmestromdichte
|
Stromdichte
|
Flussquelle | Wärmestromquelle
|
Stromquelle
|
Feldquelle | Temperaturdifferenzquelle
|
Spannungsquelle
|
Widerstand
Definition |
Thermischer Widerstand
|
Elektrischer Widerstand
|
Widerstand
Bemessungsgleichung für homogener Feld |
Thermischer Widerstand
|
Elektrischer Widerstand
|
Widerstand | ||
Widerstand | ||
Kapazität
Definition |
Thermische Kapazität*1
|
Elektrische Kapazität
|
Kapazität
Fluss-Differenz-Beziehung |
Wärmestrom-Temperatur-Beziehung
|
Strom-Spannungs-Beziehung
|
Kapazität
Bemessungsgleichung für homogenes Feld |
Thermische Kapazität
für homogene Temperatur
|
Elektrische Kapazität
für homogene elektrische Feldstärke
|
Kapazität | Addition Kapazitäten
|
Parallelschaltung
|
Kapazität | Physikalisch nicht möglich*2 | Reihenschaltung
|
*1In der Elektrotechnik speichert eine Kapazität über der keine Spannung abfällt keine elektrische Energie, ganz gleich auf welchem elektrischen Potential sie liegt. Im thermischen Ersatzschaltbild ist die Energiespeicherung mit der Temperatur, dem thermischen Potential, verknüpft. Insofern ist die thermische Kapazität stets zur Referenztemperatur zu schalten. Eine Umwandlung in einer andere Ersatzschaltung kann nur unter der Bedingung äquivalenter Ersatzschaltungen erfolgen. Weiterhin geht die klassische Wärmekapazität von einer homogenen Temperaturverteilung im Körper aus, was bei einer Temperaturdifferenz über einem Körper nicht gegeben ist. Die thermische Kapazität im Ersatzschaltbild ist somit unter Berücksichtigung des inneren Temperaturgradienten zu berechnen.
*2Thermische Kapazitäten skalieren mit dem Volumen. Eine Ersatzkapazität der Reihenschaltung, wie aus der Elektrotechnik bekannt, ist somit nicht möglich. In Reihe geschaltete thermische Kapazitäten sind daher nur in äquivalenten Ersatzschaltungen möglich, aber nicht physiklisch realisierbar.