Verstärker

Praktischer Nutzen aktiver Geräte

Der praktische Nutzen aktiver Geräte ist ihre Verstärkung Fähigkeit. Unabhängig davon, ob die fragliche Vorrichtung spannungsgesteuert oder stromgesteuert ist, ist die für das Steuersignal erforderliche Leistungsmenge typischerweise weit geringer als die in dem gesteuerten Strom verfügbare Leistungsmenge. Mit anderen Worten, ein aktives Gerät ermöglicht es nicht nur, Strom zu steuern; es erlaubt eine kleine Strommenge zur Steuerung eines großen Strommenge.

Aufgrund dieser Diskrepanz zwischen Kontrolle und kontrolliert Kräfte können aktive Vorrichtungen verwendet werden, um eine große Menge an Leistung (gesteuert) durch die Anwendung einer kleinen Menge an Leistung (Steuerung) zu regeln. Dieses Verhalten wird als Amplifikation bezeichnet .

Gesetz der Energieerhaltung in Maschinen

Es ist eine Grundregel der Physik, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Formal gesagt ist diese Regel als das Energieerhaltungsgesetz bekannt, und bisher wurden keine Ausnahmen davon entdeckt. Wenn dieses Gesetz wahr ist – und eine überwältigende Menge experimenteller Daten deutet darauf hin –, dann ist es unmöglich, ein Gerät zu bauen, das eine kleine Energiemenge aufnehmen und auf magische Weise in eine große Energiemenge umwandeln kann. Alle Maschinen, elektrische und elektronische Schaltungen eingeschlossen, haben eine obere Wirkungsgradgrenze von 100 Prozent. Im besten Fall entspricht der Stromausgang dem Stromeingang wie in der Abbildung unten.

Die Leistungsabgabe einer Maschine kann sich der Leistungsaufnahme für 100 % Effizienz als Obergrenze annähern, aber nie überschreiten.

Normalerweise erreichen Maschinen diese Grenze nicht einmal und verlieren einen Teil ihrer zugeführten Energie in Form von Wärme, die in den umgebenden Raum abgestrahlt wird und daher nicht Teil des abgegebenen Energiestroms ist. (Abbildung unten)

Eine realistische Maschine verliert meistens einen Teil ihrer Eingangsenergie als Wärme, wenn sie sie in den Ausgangsenergiestrom umwandelt.

Perpetuum Motion-Maschinen

Viele Leute haben erfolglos versucht, Maschinen zu konstruieren und zu bauen, die mehr Leistung abgeben als sie aufnehmen. Ein solches Perpetuum mobile . würde nicht nur Maschine beweisen, dass das Gesetz der Energieerhaltung zwar kein Gesetz war, aber eine technologische Revolution einleiten würde, wie sie die Welt noch nie gesehen hat, denn sie könnte sich in einer Kreisschleife selbst versorgen und überschüssigen Strom „umsonst“ erzeugen. (Abbildung unten)

Eine hypothetische „Perpetuum Mobile Machine“ treibt sich selbst an?

Trotz vieler Bemühungen und vieler skrupelloser Behauptungen von „freier Energie“ oder Übereinheit Maschinen hat noch keiner den einfachen Test bestanden, sich mit eigener Energie zu versorgen und Energie zu sparen.

Verstärker

Es gibt jedoch eine Klasse von Maschinen, die als Verstärker bekannt sind , die in der Lage sind, Signale mit kleiner Leistung aufzunehmen und Signale mit viel höherer Leistung auszugeben. Der Schlüssel zum Verständnis, wie Verstärker existieren können, ohne das Energieerhaltungsgesetz zu verletzen, liegt im Verhalten aktiver Geräte.

Weil aktive Geräte die Fähigkeit haben, zu steuern eine große Menge an elektrischer Leistung mit einer kleinen Menge an elektrischer Leistung, können sie in einer Schaltung angeordnet sein, um die Form der Eingangssignalleistung von einer größeren Leistungsmenge, die von einer externen Leistungsquelle geliefert wird, zu duplizieren. Das Ergebnis ist ein Gerät, das die Leistung eines kleinen elektrischen Signals (normalerweise eine Wechselspannungswellenform) auf magische Weise in eine identisch geformte Wellenform größerer Größe zu vergrößern scheint.

Das Energieerhaltungsgesetz wird nicht verletzt, da die zusätzliche Energie von einer externen Quelle geliefert wird, normalerweise einer Gleichstrombatterie oder gleichwertig. Der Verstärker erzeugt oder vernichtet keine Energie, sondern formt sie lediglich in die gewünschte Wellenform um, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Während ein Verstärker ein kleines Eingangssignal auf einen großen Ausgang skalieren kann, ist seine Energiequelle eine externe Stromversorgung.

Mit anderen Worten, das stromsteuernde Verhalten aktiver Geräte wird genutzt, um zu formen Gleichstrom von der externen Stromquelle in dieselbe Wellenform wie das Eingangssignal umwandeln, wodurch ein Ausgangssignal mit gleicher Form, aber unterschiedlicher (größerer) Leistung erzeugt wird. Der Transistor oder ein anderes aktives Bauelement innerhalb eines Verstärkers bildet lediglich eine größere Kopie der Eingangssignalwellenform aus der „rohen“ Gleichstromleistung, die von einer Batterie oder einer anderen Stromquelle bereitgestellt wird.

Einschränkungen von Verstärkern

Verstärker sind, wie alle Maschinen, im Wirkungsgrad auf maximal 100 Prozent begrenzt. Normalerweise sind elektronische Verstärker weitaus weniger effizient und führen erhebliche Energiemengen in Form von Abwärme ab. Da der Wirkungsgrad eines Verstärkers immer 100 Prozent oder weniger beträgt, kann man ihn nie dazu bringen, als „Perpetuum Mobile“-Gerät zu fungieren.

Das Erfordernis einer externen Stromquelle ist bei allen Arten von Verstärkern, elektrischen und nichtelektrischen, gemein. Ein gängiges Beispiel für ein nicht elektrisches Verstärkungssystem wäre die Servolenkung in einem Automobil, die die Kraft der Arme des Fahrers beim Drehen des Lenkrads verstärkt, um die Vorderräder des Autos zu bewegen. Die für die Verstärkung notwendige Energiequelle kommt vom Motor. Das aktive Gerät, das das „Eingangssignal“ des Fahrers steuert, ist ein Hydraulikventil, das die Fluidkraft von einer am Motor angebrachten Pumpe zu einem hydraulischen Kolben leitet, der die Radbewegung unterstützt. Wenn der Motor aufhört zu laufen, kann das Verstärkungssystem die Armkraft des Fahrers nicht verstärken und das Auto lässt sich nur sehr schwer wenden.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt zur Elementarverstärkertheorie