Ohm, Volt, Watt – WTF?
Es gibt zwei Arten von Dampfern: Diejenigen die einfach nur Dampfen und sich nicht mit der dahinterstehenden Elektronik beschäftigen möchten und diejenigen, die ganz genau wissen möchten wie eine e-Zigarette funktioniert.
Für erstere ist der nachfolgende Artikel nicht zu Empfehlen, für alle anderen, die eine kurze, unkomplizierte Erklärung hinsichtlich der physikalischen Einheiten möchten, ist der Artikel genau richtig.
Grundlagen
Die Grundlagen der physikalischen Einheiten einzeln erklärt:
Spannung (Volt)
Volt (V) ist die Maßeinheit, die für die elektrische Spannung verwendet wird.
Die elektrischen Spannung (U) gibt an, wie viel Energie nötig ist, um eine elektrische Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen.
Anders ausgedrückt gibt die elektrische Spannung den Unterschied der Ladung zwischen dem Plus- und Minuspol an.
Der Pluspol weist einen Elektronenmangel auf. Im Gegensatz hierzu hat der Minuspol einen Elektronenüberschuss. Daher hat eine elektrische Spannung immer zwei Pole, zwischen denen eine Potentialdifferenz vorliegt.
Diesen Unterschied in der Elektronenmenge bezeichnet man als elektrische Spannung.
Je größer die Potentialdifferenz zwischen dem Plus- und Minuspol ist, desto größer ist auch die Kraft, die die Elektronen antreibt.
Folglich steigt der Antrieb der Elektronen mit der Höhe der elektrischen Spannung. Wird nun eine Verbindung zwischen den Polen hergestellt, kommt es zu einer Entladung, d.h. es fließt elektrischer Strom.
Formel: elektrische Spannung
Die Formel zur Berechnung der elektrischen Spannung lautet unter Beachtung des Ohmschen Gesetzt: U = I * R
Elektrische Stromstärke (I)
Wie bereits geschrieben, fließt eine höhere Menge Ladungsträger (Elektronen) durch einen Leiter in einer bestimmten Zeitspanne, je größer die elektrische Spannung ist. Hierauf aufbauend wird die elektrische Stromstärke (I) definiert.
Die elektrische Stromstärke (Kurz: Strom) gibt an, wie viele Ladungsträger (Elektronen) einen Leiter pro Sekunde passieren. Ampere (A) ist die internationale Maßeinheit für die Stromstärke.
Wiederstand (R)
Die freien Ladungsträger im Inneren eines Leiters stoßen gegen Atome und werden dadurch in Ihrem Fluss gestört.
Hierdurch wird die elektrische Stromstärke in einem Stromkreis begrenzt.
Dieser Effekt trägt die Bezeichnung elektrischer Wiederstand (R) und wird in Ohm (Ω) angegeben.
Leistung (Watt)
Leistung (P) ist eine physikalische Größe und bezeichnet, bezogen auf eine Zeitspanne, die umgesetzte Energie.
Watt (W) ist die internationale Maßeinheit für Leistung.
Ein Watt ist dabei gleich der Leistung, um bei einer elektrischen Spannung von einem Volt einen elektrischen Strom von einem Ampere fließen zu lassen, bei einem Ohmschen Wiederstand.
Formel: Leistung
Rein rechnerisch ist die elektrische Leistung das Produkt aus Strom und Spannung.
Die Formel zur Berechnung der elektrischen Leistung lautet: P = U * I
Grundlagen der physikalischen Einheiten an einem Beispiel erklärt!
An einem Beispiel mit zwei Behältern sollen die eben erläuterten physikalischen Einheiten bildlich dargestellt werden.
Die beiden Behälter sind am Boden mit einem (noch geschlossenen) Schlauch miteinander verbunden.
Einer der beiden Behälter ist voll mit Wasser und der andere vollkommen leer. Der volle Behälter steht für den Minuspol und der leere Behälter für den Pluspol.
Die elektrische Spannung ist der Druck, der durch den Ladungsunterschied zwischen den beiden Behältern entsteht.
Öffnet man nun den Schlauch fließt Wasser vom vollen (Minuspol) zum leeren Behälter (Pluspol), bis beide Behälter über die gleiche Menge Wasser verfügen.
Der Wasserabfluss von einem zum anderen Behälter stellt den Strom dar.
Der Wiederstand kann am besten anhand des Durchmessers des Schlauchs erklärt werden. Je höher der Durchmesser des Schlauchs ist, desto geringer ist auch der Wiederstand.
Je Größer die beiden Behälter (Spannung) und desto höher der Durchmesser des Schlauchs (Wiederstand) sind, desto höher ist auch der Wasserfluss (Strom). Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass der Strom durch die Spannung und den Wiederstand beeinflusst wird.
Physikalische Einheiten im Zusammenhang mit e-Zigaretten
Kurze Anmerkung vorweg: Aufgrund dessen, dass die einzelnen Komponenten bei Startersets von e-Zigaretten aufeinander abgestimmt sind, brauchen sich Dampfeinsteiger nicht zu sorgen etwas falsch einzustellen.
Für uns Dampfer sind vor allem die folgenden vier Formeln von Bedeutung:
- I = U / R
- P = U² / R
- U² = P * R
- R = U² / P
Der Wiederstand bei einer e-Zigarette wird vom Material und der Dicke der Heizwendel bestimmt.
Je nach Akku, ist dieser hinsichtlich der Leistung und der Spannung regelbar oder nicht regelbar.
Bei nicht regelbaren Akkus kann das Dampferlebnis nur anhand des Wiederstands, also mittels Verdampferkopf verändert werden.
Wie wir bereits gelernt haben, führt ein geringerer Wiederstand zu einem höheren Stromfluss. Ein paar Rechenbeispiele sollen den Zusammenhang nochmals verdeutlichen.
- Akku: 3,8 Volt (U)
- Verdampferkopf: 1,2 Ω (R)
Mit Hilfe dieser beiden Werte ist es möglich, die elektrische Stromstärke zu berechnen. Die Formel hierzu lautet: I = U / R -> 3,8 Volt / 1,2 Ω = 3,167 Ampere
Nun sind wir in der Lage die Leistung zu berechnen. Die Formel hierzu lautet: P = U * I -> 3,8 Volt * 3,167 Ampere = 12,035 Watt
Schneller geht die Berechnung mit der folgenden Formel vonstatten: P = U² / R -> 3,8 Volt² / 1,2 Ω = 12,035 Watt
Verdampferköpfe mit einem sehr geringen Wiederstand von unter 1,0 Ω werden als Sub Ohm Verdampfer bezeichnet.
Durch Sub Ohm Verdampfer fließen sehr hohe elektrische Ströme. Deswegen dürfen Sub Ohm Verdampfer auch nur mit geeigneten Akkueinheiten betrieben werden, die über die notwendige Schutzelektronik verfügen.
Merken sollten Sie sich:
Großer Wiederstand -> Geringere Leistung -> weniger Dampf -> geringer Liquid- und Energieverbrauch
Geringer Wiederstand -> Höhere Leistung -> viel Dampf -> höherer Liquid- und Energieverbrauch
Geregelte Akkus
Neben nicht regelbaren Akkus, existieren Akkus bei denen die ausgegebene Spannung und Leistung innerhalb einer vorgegebenen Spanne, an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden können.
Akkus bei denen die Spannung regelbar ist, verfügen über das Kürzel VV – Variable Voltage. Im Gegensatz hierzu verfügen Akku bei denen die Leistung regelbar ist über das Kürzel VW – Variable Wattage.
Der Unterschied zwischen dem VV- und dem VW-Modus ist am leichtesten mit Hilfe eines bestimmten Wattwerts zu erklären.
Für die folgenden Beispielrechnungen wird angenommen, dass eine Ausgangsleistung von 12,5 Watt präferiert wird und eine e-Zigarette mit zwei unterschiedlichen Coils (2,0 Ω & 1,5 Ω) betrieben wird.
Regelbare Spannung (VV Akkus)
Um bei VV-Akkus immer die gleiche Leistung herauszubekommen, ist die Spannung bei unterschiedlichen Wiederständen (Verdampferköpfen) jedes Mal neu einzustellen.
- Akku: 5,0 Volt (U)
- Verdampferkopf: 2,0 Ω (R)
Die Formel zur Berechnung der Leistung lautet: P = U² / R -> 5,0 Volt² / 2,0 Ω = 12,5 Watt
Wird der Verdampferkopf ausgewechselt und verfügt nun über einen Wiederstand von 1,5 Ω, kann nicht wieder 5,0 Volt eingestellt werden, um auf die gleiche Leistung von 12,5 Watt zu kommen.
Dadurch, dass der neue Verdampferkopf über einen geringeren Wiederstand verfügt, muss auch die Spannung kleiner ausfallen, um wieder auf eine Ausgangsleistung von 12,5 Watt zu kommen.
Die Formel zur Berechnung der einzustellenden Spannung (Volt) lautet:
U² = P * R -> 12,5 Watt * 1,5 Ω = 18,75 Volt²
Bei dem Ergebnis handelt es sich um die Spannung², also muss noch die Wurzel gezogen werden, um auf den richtigen Wert zu kommen.
Die 2te Wurzel von 18,75 ist 4,33, also muss bei einem Wiederstand von 1,5 Ohm 4,33 Volt eingestellt werden, um auf eine Ausgangsleistung von 12,5 Watt zu kommen.
Regelbare Leistung (VW Akkus)
Im Gegensatz zu einem VV-Akku, muss bei einem VW-Akku nur die Ausgangsleistung (Watt) eingestellt werden und der Akku regelt die Spannung in Abhängigkeit des Wiederstands automatisch auf den erforderlichen Wert.
Würde man beispielsweise 12,5 Watt einstellen, würde der Akku automatisch eine Spannung von 5 Volt bei einem eingebauten 2,0 Ohm Verdampferkopf ausgeben.
Ebenso würde der Akku bei einem 1,5 Ohm Verdampferkopf automatisch eine Spannung von 4,33 Volt einstellen, um 12,5 Watt auszugeben.