Elektrizität < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
|
| Status: |
(Frage) beantwortet  | | Datum: | 11:31 Do 22.01.2015 | | Autor: | siggi571 |
Hallo,
ich wollte euch Fragen ob meine Vorstellungen zur Elektrizität richtig sind:
In jedem Leitungspunkt befinden sich n*e Leitungselektronen(stell ich mir als kleine blaue Kugeln vor).
Multipliziert mit der Fläche A und der Länge l ergibt sich meine Elektrizitätsmenge Q=n*e*l*A, also alle blauen Kugeln, die beispielsweise in einem Stück Kupferdraht vorhanden sind.
Eine Quelle in eine Stromkreis erzeugt an ihrer einen Seite einen Mangel an Elektronen und an der anderen einen Überschuss.
Somit fließt ein Strom A. Desto größer dieser Unterschied zwischen Mangel und Überschuss an der Quelle, desto schneller bewegen sich meine blauen Kugeln durch den Draht, sie benötigen also weniger Zeit vom - zum + Pol.
Aus der Formel (und auch irgendwie logischer Weise) I=Q/t wird somit klar: desto schneller die Bewegung, desto größer der Strom.
Nun macht es ja irgendwie einen Unterschied, ob ich beispielsweise 5 Kugeln durch ein dickes oder ein dünnes Rohr schiebe. An einem kleinen Rohr müssen sie sich ja viel mehr quetschen.
Für die Wirkung des elektrischen Stromes habe ich deshalb das Maß Stromdichte S = I/A.
Bin ich soweit richtig?
eine Frage an dieser Stelle: Wenn meine Beschreibung der Stromquelle so richtig ist, wie kann dann eine Batterie immer wieder für eine konstante Zeit dafür sorgen, dass ein Strom fließt?
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:04 Do 22.01.2015 | | Autor: | leduart |
Hallo siggi
> In jedem Leitungspunkt befinden sich n*e
> Leitungselektronen(stell ich mir als kleine blaue Kugeln
> vor).
so ist das falsch n ist die Anzahl der beweglichen Ladungen pro Volumen nicht in einem Punkt. in dem Volumen V= l*A
sind deshalb n*l*A bewegliche Ladungen. ist ihre Ladung e so sind in dem Volumen die bewegliche Ladung Q=n*e*A .
ohne dass eine Spannung anliegt sind in dem Draht genauso viele entgegengesetzte Ladungen, der Draht ist neutral.
> Multipliziert mit der Fläche A und der Länge l ergibt
> sich meine Elektrizitätsmenge Q=n*e*l*A, also alle blauen
> Kugeln, die beispielsweise in einem Stück Kupferdraht
> vorhanden sind.
>
> Eine Quelle in eine Stromkreis erzeugt an ihrer einen Seite
> einen Mangel an Elektronen und an der anderen einen
> Überschuss.
Das ist eine schlechte Vorstellung!
Stell dir einen Wasserstromkreis vor, einen Schlauch, gefüllt mit Wasser, damit das Wasser darin strömt müssen beide Enden mit einer Pumpe verbunden werden, die erzeugt an einem Ende einen höheren Druck als am anderen, dadurch strömt das Wasser durch den Schlauch und die Pumpe. Die Pumpe bekommt irgendwoher die Energie das zu tun! z.B, könntest du sie betreiben. dabei steckst du Energie, die du durch nahrung erhalten hast in die Pumpe, also chemische Energie, Wenn du einen Dynamo drehst hast du eine Pumpe für ladungen, du lieferst die Energie, wenn du erschöpft bist und nicht weiter drehst werden ken Wasser und kene Ladungen mehr gepumpt.
In der Batterie steckt jetzt auch chemische Energie, solange die reicht kann sie Ladungen pumpen. Im alltag sagt man die Batterie ist leer, wenn die darin gespeicherte Energie abgegeben ist (In Wirklichkeit ist die Batterie nicht leer, es sind noch so viele Ladungen drin wie am Anfang. Diese chemische Energie zu verstehen ist nicht leicht, aber auch wie du deine Energie durch Essen bekommst ist ja sicher für dich undurchsichtig.
> Unterschied zwischen Mangel und Überschuss an der Quelle,
> desto schneller bewegen sich meine blauen Kugeln durch den
> Draht, sie benötigen also weniger Zeit vom - zum + Pol.
>
> Aus der Formel (und auch irgendwie logischer Weise) I=Q/t
> wird somit klar: desto schneller die Bewegung, desto
> größer der Strom.
So ist das allgemein falsch, du kannst eine große Stromstärke haben durch wenige ladungen und hohe Geschwindigkeit, oder viele ladungen und kleine Geschwindigkeit!
stell es dir wieder am Wasser vor. Stromstärke= Litter Wasse pro Sekunde. in einem dicken Schlauch fließt das Wasser langsam, in einem dünnen schnell um 1L/s zu transportieren,
>
> Nun macht es ja irgendwie einen Unterschied, ob ich
> beispielsweise 5 Kugeln durch ein dickes oder ein dünnes
> Rohr schiebe. An einem kleinen Rohr müssen sie sich ja
> viel mehr quetschen.
>
> Für die Wirkung des elektrischen Stromes habe ich deshalb
> das Maß Stromdichte S = I/A.
I/A beschreibt nicht die Wirkung des Stroms, sondern die sogenannte Stromdichte, Was du unter Wirkung verstehst versteh ich nicht ganz.
>
> Bin ich soweit richtig?
>
> eine Frage an dieser Stelle: Wenn meine Beschreibung der
> Stromquelle so richtig ist, wie kann dann eine Batterie
> immer wieder für eine konstante Zeit dafür sorgen, dass
> ein Strom fließt?
ich hoffe, das hab ich oben beantwortet, die Batterie pumpt die Ladungen von einem pol zum anderen, und das nur solange noch Energie in ihr steckt.
Gruß leduart
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:56 Do 22.01.2015 | | Autor: | siggi571 |
Hallo leduart,
danke für die schnelle und hilfreiche Antwort.
Ich habe noch 1-2 weitere Fragen um zu sehen, ob ich es wirklich verstanden habe.
> ist ihre Ladung e
> so sind in dem Volumen die bewegliche Ladung Q=n*e*A .
gibt es denn noch weitere Ladungen?
Dann versuche ich es jetzt nochmal in eigenen Worten wiederzugeben.
Pro Volumen gibt es n Ladungen. Also hat ein leitender Körper mit der Länge l und der Fläche A die beweglichen Ladungen n*l*A.
Jede bewegliche Ladung hat die Elektrizitätsmenge e, somit folgt meine Gesamt Elektrizitätsmenge in einem Volumen V: Q=V*n*e=l*A*n*e.
Diese gleichen sich solange es keine Quelle gibt aus, da zu jedem Elektron auch ein Proton vorhanden ist. (Es seiden beispielsweise ein Stab wurde durch Reibung "geladen")
Damit ein Strom fließt brauche ich eine Quelle.
Diese erzeugt einen Plus (wenig Elektronen) und einen Minuspol (viele Elektronen). Desto größer der Unterschied, desto größer die Spannung.
Die Spannung ist mein Druck, der die Elektronen durch die Leitung schiebt.
Desto mehr Elektronen sich in einem konstanten Volumen pro Zeit bewegen, desto größer ist mein Strom.
Zur Batterie:
In einer Batterie sorgt ein Elektrolyd auf irgendeine Art und weiße (ist mir egal, will da chemisch vorerst nicht zu tief einsteigen), dass eine Platte einen elektroneüberschuss, die andere einen Mangel besitzt. Dieses Elektrolyd verhindert aber auch, dass die Platten ihre Ladung direkt ausgleichen.
Somit kann ein Ausgleich erst stattfinden, sobald eine Leitung vom - zum + pol geschlossen wurde.
Sobald meine Batterie "Leer" ist, steht dem elektrolyd keine Energie mehr zu Verfügung elektronen von der einen zur anderen Platte zu ziehen. Deswegen kann kein Strom mehr fließen.
Jetzt noch ein kleiner Transfergedanke:
Bei einem normalen Kraftwerk (lass uns sagen ein Windkraftwerk) werden ganz viele Ladungen "erzeugt" irgendwo in weiter Ferne ist eine Erdung.
Sobald das Kraftwerk mit einer Leitung an die Erdung geschlossen wird entsteht wieder eine Spannung. Aus diesem Grund fließt der Strom. Und weil ich halt gerade auf dem Weg bin kann ich mir davon was abzwacken in mein schönes Haus
|
|
|
| |
|
Hallo!
> gibt es denn noch weitere Ladungen?
Nunja, wie meinst du das?
In Festkörpern sitzen die Atome fest, nur ihre Elektronen können sich bewegen, wenn das Material ein Leiter ist.
Salze bestehen aus positiven und negativen Ionen, also aus Atomen / Molekülen, denen Elektronen fehlen, so wie welchen, die zu viele Elektronen haben. Es gibt da auch keinerlei Austausch. Daher sind Salze erstmal Nichtleiter. Aber wenn man sie in Wasser löst, oder zum Schmelzen bringt, dann können sich die einzelnen Ionen plötzlich bewegen. Und zwar die positiven in die eine, die negativen in die andere Richtung. Bemerkenswert ist eben, daß sich auch in dem Fall nicht die Elektronen bewegen, sondern die kompletten Ionen.
Und natürlich kannst du auch einen Strom aus Protonen haben. Im LHC am CERN lässt man Protonen kreisen, insgesamt kommt man da auf einen Strom von einigen Milliampere. Manchmal lässt man auch 82fach ionisiertes Blei, also Blei-Atomkerne gänzlich ohne Elektronen kreisen, und kommt so auf einen Strom von etwa 500mA.
Neben Protonen und Elektronen gibt es noch hunderte andere geladene Teilchen, zum Beispiel Myonen, Pionen und Positronen, wenn die sich bewegen, ist das auch "Strom". Aber das ist schon recht exotisch.
Grundsätzlich gilt: Strom ist, wenn sich elektrische Ladung bewegt. Das kann auch ein Laster mit elektrostatisch aufgeladenen Bernsteinen sein.
> Dann versuche ich es jetzt nochmal in eigenen Worten
> wiederzugeben.
>
> Pro Volumen gibt es n Ladungen. Also hat ein leitender
> Körper mit der Länge l und der Fläche A die beweglichen
> Ladungen n*l*A.
Ja, wobei du auf das "beweglich" achten solltest. Meist kann sich nur ein Bruchteil der Elektronen bewegen, die meisten sitzen recht fest.
> Jede bewegliche Ladung hat die Elektrizitätsmenge e,
> somit folgt meine Gesamt Elektrizitätsmenge in einem
> Volumen V: Q=V*n*e=l*A*n*e.
Ich find den Begriff "Elektrizitätsmenge" etwas merkwürdig. Sagen wir lieber "Anzahl beweglicher Ladungsträger".
>
> Diese gleichen sich solange es keine Quelle gibt aus, da zu
> jedem Elektron auch ein Proton vorhanden ist. (Es seiden
> beispielsweise ein Stab wurde durch Reibung "geladen")
>
> Damit ein Strom fließt brauche ich eine Quelle.
> Diese erzeugt einen Plus (wenig Elektronen) und einen
> Minuspol (viele Elektronen). Desto größer der
> Unterschied, desto größer die Spannung.
> Die Spannung ist mein Druck, der die Elektronen durch die
> Leitung schiebt.
Das mit den "wenigen" und "vielen" Elektronen ist nicht ganz zutreffend. Denn eine Autobatterie hat sicher mehr Elektronen als eine Taschenlampenbatterie... Du kannst sagen, eine Stromquelle kann an einer Seite Elektronen bereitstellen, und an der anderen aufnehmen. Sie übt dabei einen Druck auf die Elektronen aus, so daß sie von der einen Seite zur anderen wollen. Aber es ist sicherlich auch so, daß wegen des Drucks auch schon ein paar Elektronen in den Startlöchern stehen.
> Desto mehr Elektronen sich in einem konstanten Volumen pro
> Zeit bewegen, desto größer ist mein Strom.
Du meinst das richtige. Aber du betrachtest auch nicht die Wassermenge, die sich in deinem Gartenschlauch bewegt, sondern die Menge, die vorne an der Öffnung raus kommt. Folglich betrachtest du die Anzahl der Elektronen, die durch einen gedachten Schnitt durch den Leiter, also durch eine Fläche fließen.
>
> Zur Batterie:
>
> In einer Batterie sorgt ein Elektrolyd auf irgendeine Art
> und weiße (ist mir egal, will da chemisch vorerst nicht zu
> tief einsteigen), dass eine Platte einen
> elektroneüberschuss, die andere einen Mangel besitzt.
> Dieses Elektrolyd verhindert aber auch, dass die Platten
> ihre Ladung direkt ausgleichen.
>
> Somit kann ein Ausgleich erst stattfinden, sobald eine
> Leitung vom - zum + pol geschlossen wurde.
>
> Sobald meine Batterie "Leer" ist, steht dem elektrolyd
> keine Energie mehr zu Verfügung elektronen von der einen
> zur anderen Platte zu ziehen. Deswegen kann kein Strom mehr
> fließen.
Es heißt Elektrolyt. Und wie oben gesagt, solltest du eher von Druck als von Überschuss/Mangel reden.
>
> Jetzt noch ein kleiner Transfergedanke:
>
> Bei einem normalen Kraftwerk (lass uns sagen ein
> Windkraftwerk) werden ganz viele Ladungen "erzeugt"
> irgendwo in weiter Ferne ist eine Erdung.
> Sobald das Kraftwerk mit einer Leitung an die Erdung
> geschlossen wird entsteht wieder eine Spannung. Aus diesem
> Grund fließt der Strom. Und weil ich halt gerade auf dem
> Weg bin kann ich mir davon was abzwacken in mein schönes
> Haus
Das klingt merkwürdig. Das Kraftwerk erzeugt natürlich Spannung (und es "hat" ganz viele Elektronen, sind schließlich auch viele Leute da, die welche haben wollen). Und du in einem schönen Haus verbindest deine Geräte mit den zwei Kontakten in der Steckdose, zwischen denen diese Spannung ankommt. Und die Spannung lässt deine Elektonen wandern. Was du schreibst, klingt, als ob Strom zum Haus deines Nachbarn fließt, und du genau von diesem Strom etwas abzwackst.
Das mit der Erde, die den Strom zurück leitet, hört man recht oft, das ist aber elektrotechnisch nicht so korrekt. Es stimmt aber, daß einer der Kontakte in der Steckdose mit der Erde verbunden ist, und auch, daß durch die Erde ein gewisser Strom fließt. Das zu erklären, würde aber zu weit führen.
Eine Sache geht aber noch: So eine Batterie ist schon etwas komplizierter. Aber einen Generator kannst du dir so vorstellen: Ein Magnet ist wie ein Besen, dessen Borsten durch Metall durch gehen, und mit dem du Elektronen "kehren" kannst. Sprich, da bewegt sich ein Magnet, der dadurch in Drahtspulen die Elektronen in eine Richtung drückt, also Druck bzw. Spannung aufbaut.
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 13:18 Fr 23.01.2015 | | Autor: | siggi571 |
Danke für die Antwort.
Hat mir gezeigt dass ich nicht soweit daneben lege, die weiteren gedanken werde ich mit aufnehmen.
> Das mit der Erde, die den Strom zurück leitet, hört man
> recht oft, das ist aber elektrotechnisch nicht so korrekt.
> Es stimmt aber, daß einer der Kontakte in der Steckdose
> mit der Erde verbunden ist, und auch, daß durch die Erde
> ein gewisser Strom fließt. Das zu erklären, würde aber
> zu weit führen.
Gibt es gute Lektüre dafür die du empfehlen kannst? Nachdem das Thema mega interessant ist würde ich gerne privat über den Unistoff hinausgehen.
Also nur zur Verständnis: Von einem Kraftwerk kommt Strom, der wird dann an einer Straße abgezwickt und an jedem weiteren Haus nochmal abgezwickt.
Sobald er einmal in meinem Haus war wird er aber geerdet und nicht zurück in den Kreislauf geschickt.
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 15:24 Fr 23.01.2015 | | Autor: | chrisno |
> Danke für die Antwort.
> Hat mir gezeigt dass ich nicht soweit daneben lege, die
> weiteren gedanken werde ich mit aufnehmen.
>
> > Das mit der Erde, die den Strom zurück leitet, hört man
> > recht oft, das ist aber elektrotechnisch nicht so korrekt.
> > Es stimmt aber, daß einer der Kontakte in der Steckdose
> > mit der Erde verbunden ist, und auch, daß durch die Erde
> > ein gewisser Strom fließt. Das zu erklären, würde aber
> > zu weit führen.
>
> Gibt es gute Lektüre dafür die du empfehlen kannst?
> Nachdem das Thema mega interessant ist würde ich gerne
> privat über den Unistoff hinausgehen.
>
>
> Also nur zur Verständnis: Von einem Kraftwerk kommt Strom,
> der wird dann an einer Straße abgezwickt und an jedem
> weiteren Haus nochmal abgezwickt.
>
> Sobald er einmal in meinem Haus war wird er aber geerdet
> und nicht zurück in den Kreislauf geschickt.
Das hat Dir EventHorizon geschrieben, dass das falsch ist. So wie Du es jetz geschrieben hast, ist es sogar doppelt falsch. Wenn, dann wäre die Erde der Rückleiter zum Kraftwerk. Der Strom der "geerdet" wird, bleibt im Kreislauf.
Der Anteil des Stroms, der durch die Erde zum Kraftwerk zurück fließt, ist nur ein Bruchteil des Gesamtstroms. Es ist nur der Anteil, der sich nicdht mit den Anteilen aus anderen Phasen weghebt. Als erste Lektüre empfehle ich "Drehstrom" und "Stromversorgung" bei Wikipedia. Weiter will ich mich als Physiker nicht in das Gebiet der Elektrotechnik begeben.
>
|
|
|
| |
|
Hallo!
hmmm, Lektüre wüßte ich grade keine...
Prinzipiell ist es aber so, daß ein Kraftwerk Höchstspannung (400.000V) erzeugt, welche ins Höchstspannungsnetz eingespeist wird. Der Grund ist, daß man bei hoher Spannung weniger Strom braucht, um die gleiche Leistung zu übertragen. (Ein Hochdruckreiniger benötigt auch relativ wenig Wasser...). Und das reduziert Verluste, denn auch die Stromleitungen haben ja einen Widerstand.
Aus diesem Höchstspannungsnetz, das in einem Verbund in ganz Europa und darüber hinaus existiert, bedienen sich Trafo-Stationen, die daraus Hochspannung für die Überregionale Versorgung machen. Daran hängen dann wieder Stationen, die daraus Mittelspannung machen, welche letztendlich mit etwa 10.000 in die einzelnen Straßenzüge geht. Und in den Straßen hat man hier und da Trafostationen, welche daraus dann 400V machen, welche dann in die einzelen Häuser gehen. Und du hast dann nen Trafo in der Steckdose, der 5V für dein Radio produziert.
So ein Trafo besteht im einfachsten Fall aus zwei Spulen. Fließt Strom in der einen, wird auch in der zweiten Strom fließen. Das bedeutet aber, daß du keinen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Seiten hast. Die Elektronen in deinem Radio werden niemals in die Steckdose fließen.
Jetzt noch zwei Punke:
Stromnetze benutzen Wechselspannung, das heißt, die Richung kehrt sich (bei uns) 50x pro Sekunde um. Heißt: die Elektronen fließen hin und her, aber nicht konstant in eine Richtung. Zeitlich gesehen sieht die Spannung an der Steckdose aus wie eine Sinus-Kurve.
Man macht das, weil Trafos das zwingend benötigten. Ich hab ja geschrieben, daß man mit dem Magnetfeld Elektronen wie mit einem Besen kehren kann. Aber zum Kehren muß man den Besen bewegen. Das Magnetfeld muß sich also zeitlich verändern, sonst geht das nicht.
Und ich hab 400V geschrieben...
Jetzt wird es kompliziert: Man führt nicht nur eine Leitung, sondern drei ("Phasen") in jedes Haus hinein, und eine ("Neutral") wieder raus. Zwischen jeder der drei Phasen und dem Neutralleiter liegen 240V Wechselspannung an.
Aber: die Spannung ist ja wie gesagt Sinusförmig, und jede Phase ist gegenüber den anderen zeitlich etwas versetzt. Das führt dazu, daß man zwischen den Phasen 400V misst.
Wie kommt das? Nun, so ein Generator besteht aus drei Spulen, der Magnet darin kommt an den dreien zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorbei.
Jetzt kommen wir der Sache mit der Erde näher:
Du kannst an jede der drei Phasen einen Toaster anschließen, das andere Ende geht an den einen Neutralleiter. Interessanterweise ist die Summe aller Ströme in dem Neutralleiter dann =0. Das ist eine Konsequenz aus der Sache mit dem Sinus und dem zeitlichen Versatz. (Mathematisch: [mm] $\sin(\omega t))+\sin(\omega t+120^\circ)+\sin(\omega t+240^\circ)=0$ [/mm] Und das bedeutet: Man kann außerhalb deines Hauses diesen Neutralleiter durchschneiden, und du würdest es nicht mal merken! Besser noch: In der Realität existiert dieser Neutralleiter außerhalb des Hauses gar nicht erst!
Dummerweise wird man nie immer die gleichen Geräte auf allen drei Phasen haben, daher gibt es ein Ungleichgewicht. Verbindet man aber die Neutralleiter aller Häuser, hebt sich das alles gegenseitig weitgehend auf.
Das heißt: Durch die Erde fließt im Grunde kein Strom zurück, sondern die realisiert nur den Ausgleich. Eigentlich fließt der Strom nur über die drei Phasen.
ALLERDINGS geht das jetzt schon sehr sehr in die Tiefe. Wenn du dich grade noch damit auseinander setzt, was Strom eigentlich ist, ist das hier der totale Wahnsinn für dich. Ich hab aber versucht, es halbwegs einfach auszudrücken.
|
|
|
|
