7.1 : Momentane Leistung

Die momentane Leistung ist in elektrischen Schaltkreisen wichtig, vor allem bei sinusförmigen Eingangssignalen. Die momentane Leistung, bezeichnet als p(t), ergibt sich aus der Multiplikation der momentanen Spannung (v(t)) über einem Element und des momentanen Stroms (i(t)), der durch dieses fließt. Diese Beziehung folgt der Konvention des passiven Vorzeichens und stellt ein grundlegendes Prinzip der Elektrotechnik dar.

Bei der Untersuchung der momentanen Leistung kann diese als Kombination zweier unterschiedlicher Terme ausgedrückt werden. Der erste Term, der konstant bleibt, hängt von der Phasendifferenz zwischen Spannung und Strom ab. Der zweite Term, gekennzeichnet durch sinusförmige Schwingungen, weist eine Frequenz auf, die doppelt so hoch ist wie die der Spannung oder des Stroms.

In Schaltkreisen mit Widerstands- und Reaktanzelementen ist die momentane Leistung dynamisch und oszilliert zwischen positiven und negativen Werten. Bei rein resistiven Schaltkreisen, bei denen Spannung und Strom perfekt in Phase sind, wird die Momentanleistung konstant positiv abgeführt.

Umgekehrt führt in Schaltkreisen, die von induktiven und kapazitiven Komponenten dominiert werden, die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom zu intermittierenden Schwankungen der Momentanleistung zwischen positiven und negativen Werten. Dieses Phänomen kann auf die zyklische Speicherung und Freisetzung von Energie durch Induktoren und Kondensatoren zurückgeführt werden, wenn Strom durch die ersteren fließt und Spannung über den letzteren auftritt. Während der Energiefreisetzungsphase fungieren diese reaktiven Elemente als Stromquellen und liefern effektiv Energie zurück in den Schaltkreis, was zur Manifestation einer negativen Momentanleistung führt. Dieses komplizierte Zusammenspiel von Spannung, Strom und Leistungsdynamik unterstreicht die grundlegenden Prinzipien, die elektrische Schaltkreise steuern. Ein Verständnis dieser Prinzipien ist für ein effizientes Energiemanagement und die Gestaltung elektrischer Systeme von entscheidender Bedeutung.