Elektro-Hydraulische Analogie: Unterschied zwischen den Versionen
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Die '''elektro-hydraulische Analogie''', auch als '''hydraulische Analogie''' bezeichnet, stellt Bezüge in den Gesetzmäßigkeiten zwischen [[Hydraulik|hydraulischen]] und [[Elektrotechnik|elektrischen]] Systemen her. Damit können mit den Methoden der [[Schaltungstechnik|elektrischen Schaltungstechnik]] hydraulische Systeme beschrieben und entwickelt werden und die bei elektrischen Systemen üblichen [[Schaltplan|Schaltpläne]] in hydraulische Gegenstücke umgesetzt werden, ebenso wie die umgekehrte Beschreibungsrichtung aus [[Schaltplan (Hydraulik)|hydraulischen Schaltskizzen]] in elektrische Schaltungen möglich ist. Die elektro-hydraulische Analogie geht auf Arbeiten | Die '''elektro-hydraulische Analogie''', auch als '''hydraulische Analogie''' bezeichnet, stellt Bezüge in den Gesetzmäßigkeiten zwischen [[Hydraulik|hydraulischen]] und [[Elektrotechnik|elektrischen]] Systemen her. Damit können mit den Methoden der [[Schaltungstechnik|elektrischen Schaltungstechnik]] hydraulische Systeme beschrieben und entwickelt werden und die bei elektrischen Systemen üblichen [[Schaltplan|Schaltpläne]] in hydraulische Gegenstücke umgesetzt werden, ebenso wie die umgekehrte Beschreibungsrichtung aus [[Schaltplan (Hydraulik)|hydraulischen Schaltskizzen]] in elektrische Schaltungen möglich ist. Die elektro-hydraulische Analogie geht auf Arbeiten des britischen Physikers [[Oliver Heaviside]] unter dem Namen {{lang|en|''drain-pipe theory''}} zurück, welcher diese Beziehungen nutzte, um die Ende des 19. Jahrhunderts neuartige elektrische Schaltungstechnik mit Hilfe von Rohrleitungen und darin befindlichen Flüssigkeiten anschaulich darzustellen.<ref name="heaviside1"/> | ||
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In der hydraulischen Analogie werden [[elektrische Leitung]]en als [[Rohrleitung]]en eines geschlossenen Systems beschrieben, welche von einem flüssigen Medium wie [[Wasser]] durchflossen werden (daher auch die Bezeichnung '''Wassermodell''', vor allem im einführenden Unterricht). Die [[elektrische Stromstärke]] <math>I</math> in der elektrischen Leitung entspricht dabei dem [[Volumenstrom]] <math>Q</math> des Fluids in der Rohrleitung. | In der hydraulischen Analogie werden [[elektrische Leitung]]en als [[Rohrleitung]]en eines geschlossenen Systems beschrieben, welche von einem flüssigen Medium wie [[Wasser]] durchflossen werden (daher auch die Bezeichnung '''Wassermodell''', vor allem im einführenden Unterricht). Die [[elektrische Stromstärke]] <math>I</math> in der elektrischen Leitung entspricht dabei dem [[Volumenstrom]] <math>Q</math> des Fluids in der Rohrleitung. | ||
Die Potentialdifferenz oder [[elektrische Spannung]] <math>U</math> zwischen zwei Punkten, wie Punkt ''A'' und ''B'' in nebenstehender Skizze, entsprechen der [[Druck_(Physik)#Absoluter / Relativer Druck|Druckdifferenz]] <math>\Delta p</math> zwischen zwei Punkten. | Die Potentialdifferenz oder [[elektrische Spannung]] <math>U</math> zwischen zwei Punkten, wie Punkt ''A'' und ''B'' in nebenstehender Skizze, entsprechen der [[Druck_(Physik)#Absoluter / Relativer Druck|Druckdifferenz]] <math>\Delta p</math> zwischen zwei Punkten. Dem [[Elektrischer Widerstand|elektrischen Widerstand]] <math>R</math> entspricht der [[Strömungswiderstand]] einer Engstelle. Elektrische [[Spannungsquelle]]n lassen sich durch geeignete [[Pumpe]]n in der Hydraulik modellieren, [[Schalter (Elektrotechnik)|elektrische Schalter]] durch hydraulische [[Absperrschieber]], elektrische Verbraucher wie ein [[Elektromotor]] durch eine [[Turbine]] in der Rohrleitung. | ||
[[Datei:CapacitorHydraulicAnalogyAnimation.gif|mini|Analogie des elektrischen Kondensators in der Hydraulik: Elastische Absperrung in der Rohrleitung]] | [[Datei:CapacitorHydraulicAnalogyAnimation.gif|mini|Analogie des elektrischen Kondensators in der Hydraulik: Elastische Absperrung in der Rohrleitung]] | ||
Spezielle elektrische Bauelemente wie der [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] entsprechen einer elastischen Absperrung in der Rohrleitung, die sich bis zu einer gewissen Druckdifferenz durchbiegen kann und keinen kontinuierlichen Massenfluss durch die Rohrleitung zulässt. Die elektrische [[Induktivität]] wird durch die [[hydraulische Induktivität]] beschrieben. Die Funktion elektronischer Bauelemente wie einer [[Diode]], sie lässt den elektrischen Strom nur in einer Richtung passieren, entspricht in der Hydraulik der [[Rückschlagarmatur]]. | Spezielle elektrische Bauelemente wie der [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] entsprechen einer elastischen Absperrung in der Rohrleitung, die sich bis zu einer gewissen Druckdifferenz durchbiegen kann und keinen kontinuierlichen Massenfluss durch die Rohrleitung zulässt. Die elektrische [[Induktivität]] wird durch die [[hydraulische Induktivität]] beschrieben. Die Funktion elektronischer Bauelemente wie einer [[Diode]], sie lässt den elektrischen Strom nur in einer Richtung passieren, entspricht in der Hydraulik der [[Rückschlagarmatur]]. | ||
Nicht nur einzelne Bauelemente lassen sich umsetzen, auch gesetzmäßige Zusammenhänge lassen sich als Analogie herstellen. So entspricht das in der Elektrotechnik übliche [[Ohmsches Gesetz|ohmsche Gesetz]], | Nicht nur einzelne Bauelemente lassen sich umsetzen, auch gesetzmäßige Zusammenhänge lassen sich als Analogie herstellen. So entspricht das in der Elektrotechnik übliche [[Ohmsches Gesetz|ohmsche Gesetz]], welches den Bezug zwischen der elektrischen Spannung, Stromstärke und dem Proportionalitätsfaktor herstellt, im Fall einer laminaren Strömung dem [[Gesetz von Hagen-Poiseuille]]. | ||
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Aktuelle Version vom 10. April 2021, 13:43 Uhr
Die elektro-hydraulische Analogie, auch als hydraulische Analogie bezeichnet, stellt Bezüge in den Gesetzmäßigkeiten zwischen hydraulischen und elektrischen Systemen her. Damit können mit den Methoden der elektrischen Schaltungstechnik hydraulische Systeme beschrieben und entwickelt werden und die bei elektrischen Systemen üblichen Schaltpläne in hydraulische Gegenstücke umgesetzt werden, ebenso wie die umgekehrte Beschreibungsrichtung aus hydraulischen Schaltskizzen in elektrische Schaltungen möglich ist. Die elektro-hydraulische Analogie geht auf Arbeiten des britischen Physikers Oliver Heaviside unter dem Namen {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) zurück, welcher diese Beziehungen nutzte, um die Ende des 19. Jahrhunderts neuartige elektrische Schaltungstechnik mit Hilfe von Rohrleitungen und darin befindlichen Flüssigkeiten anschaulich darzustellen.[1]
Analogiebeziehungen
In der hydraulischen Analogie werden elektrische Leitungen als Rohrleitungen eines geschlossenen Systems beschrieben, welche von einem flüssigen Medium wie Wasser durchflossen werden (daher auch die Bezeichnung Wassermodell, vor allem im einführenden Unterricht). Die elektrische Stromstärke $ I $ in der elektrischen Leitung entspricht dabei dem Volumenstrom $ Q $ des Fluids in der Rohrleitung.
Die Potentialdifferenz oder elektrische Spannung $ U $ zwischen zwei Punkten, wie Punkt A und B in nebenstehender Skizze, entsprechen der Druckdifferenz $ \Delta p $ zwischen zwei Punkten. Dem elektrischen Widerstand $ R $ entspricht der Strömungswiderstand einer Engstelle. Elektrische Spannungsquellen lassen sich durch geeignete Pumpen in der Hydraulik modellieren, elektrische Schalter durch hydraulische Absperrschieber, elektrische Verbraucher wie ein Elektromotor durch eine Turbine in der Rohrleitung.
Spezielle elektrische Bauelemente wie der Kondensator entsprechen einer elastischen Absperrung in der Rohrleitung, die sich bis zu einer gewissen Druckdifferenz durchbiegen kann und keinen kontinuierlichen Massenfluss durch die Rohrleitung zulässt. Die elektrische Induktivität wird durch die hydraulische Induktivität beschrieben. Die Funktion elektronischer Bauelemente wie einer Diode, sie lässt den elektrischen Strom nur in einer Richtung passieren, entspricht in der Hydraulik der Rückschlagarmatur.
Nicht nur einzelne Bauelemente lassen sich umsetzen, auch gesetzmäßige Zusammenhänge lassen sich als Analogie herstellen. So entspricht das in der Elektrotechnik übliche ohmsche Gesetz, welches den Bezug zwischen der elektrischen Spannung, Stromstärke und dem Proportionalitätsfaktor herstellt, im Fall einer laminaren Strömung dem Gesetz von Hagen-Poiseuille.
Literatur
- Horst-Walter Grollius: Grundlagen der Hydraulik. 6. Auflage. Hanser, 2012, ISBN 978-3-446-43081-5.
- Helmut Haase, Heyno Garbe, Hendrik Gerth: Grundlagen der Elektrotechnik. 3. Auflage. Schöneworth, 2009, ISBN 978-3-9808805-5-8.
Einzelnachweise
- ↑ Paul J. Nahin: Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. Johns Hopkins University Press, 2002, ISBN 0-8018-6909-9.
