Frage zur Spannung

[Commander_Spock]

Hallo,

ich habe da zwei Fragen bezüglich der elektrischen Spannung:
Die Spannung ist durch eine Energie definiert (ich denke mal ein elektrisches Feld), die Arbeit an den Elektronen verrichtet.
Doch welche Energie ist gemeint? Das negative elektrische Feld am Minus-Pol, das Schubarbeit verrichtet, oder das positive elektrische Feld am
Plus-Pol, das Zugarbeit verrichtet? Oder vielleicht beide zusammen, da ja die Elektronen gleichzeitig geschoben und gezogen werden?

Meine zweite Frage bezieht sich auf die Spannungsverteilung in einer Reihenschaltung:
Warum teilt sich die Gesamtspannung auf die zwei Widerstände auf, wenn doch eigentlich in jedem Stromkreis die Spannung vom Anfang zum
Ende him abnimmt, und wenn ich eine Reihenschaltung mit zwei gleich großen Widerständen habe, dann habe ich bei diesen beiden
Widerständen auch die gleiche Spannung. Aber warum?

MFG

 

[Gunsenum]

Hallo,

also zur Frage 1 könnte ich Dir das anbieten : http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Spannung

zu Deiner Frage 2:
http://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung und
http://de.wikipedia.org/wiki/Kirchhoffsche_Regeln

Gruß Gunsenum

 

[Nasenmann]

Hallo,
Meine zweite Frage bezieht sich auf die Spannungsverteilung in einer Reihenschaltung:
Warum teilt sich die Gesamtspannung auf die zwei Widerstände auf, wenn doch eigentlich in jedem Stromkreis die Spannung vom Anfang zum
Ende him abnimmt, und wenn ich eine Reihenschaltung mit zwei gleich großen Widerständen habe, dann habe ich bei diesen beiden
Widerständen auch die gleiche Spannung. Aber warum?

1. Was Du meinst, ist der Spannungsfall auf der Leitung. Die Leitung an sich ist ja auch ein elektrischer Widerstand.
2. Wegen des Ohmschen Gesetzes.

 

[Commander_Spock]

Also könnte man sagen das die Definition der Spannung als Energie (Plus und Minuspol bzw. die beiden elektrischen Felder an den Polen) und die dadurch an den Elektronen verrichtete Beschleunigungarbeit in Form der Schubarbeit vom Minuspol un der Zugarbeit vom Pluspol richtig ist und dass die Spannung größer wird wenn das Feld am Minuspol stärker ist und somit mehr Schubarbeit verrichtet wird oder wenn das Feld am Pluspol stärker ist und somit mehr Zugarbeit verrichtet wird.

Die Artikel auf Wikipedia kenne ich schon, aber die helfen mir ehrlich gesagt nicht weiter.

 

[Nasenmann]

Schubarbeit, Zugarbeit, Schnickschnack. Das kann man doch drehen und wenden wie man will.
Unterschiedliche Ladungen haben halt das Bestreben sich auszugleichen. Das ist Anziehungskraft.

 

[ralfm]

Schubarbeit, Zugarbeit, Schnickschnack...

:mrgreen: Kaum zu glauben, was heute für Begriffe in den Schulen gelehrt werden.

Grüße
ralfm

 

[Nasenmann]

Ja, grauenhaft diese physikalischen Grundlagendiskussionen... :lol:

 

[Hemapri]

Warum teilt sich die Gesamtspannung auf die zwei Widerstände auf, wenn doch eigentlich in jedem Stromkreis die Spannung vom Anfang zum
Ende him abnimmt,

Wer behauptet das? Wir sprechen doch hier von einem idealen Stromkreis, bei dem theoretisch kein Spannungsfall an der Leitung auftritt. Der Leitungswiderstand und der eines Verbrauchers wird durch dessen angegebenen Widerstand symbolisiert.

und wenn ich eine Reihenschaltung mit zwei gleich großen Widerständen habe, dann habe ich bei diesen beiden
Widerständen auch die gleiche Spannung. Aber warum?

Du meinst die Spannung über den beiden Widerständen? Das ist doch logisch, wenn beide Widerstände in Reihe geschaltet sind. Schließlich bleibt ja durch die Reihenschaltung der Strom gleich. Und Spannung ist ein Potenzialunterschied, der immer zwischen zwei Punkten gemessen wird.

MfG

 

[Commander_Spock]

Schubarbeit, Zugarbeit, Schnickschnack. Das kann man doch drehen und wenden wie man will.
Unterschiedliche Ladungen haben halt das Bestreben sich auszugleichen. Das ist Anziehungskraft.

Also ich sehe das nicht als Schnickschnack, denn für mich ist es wichtig zu wissen, was genau passiert, wenn Strom durch einen Leiter fließt.

Was ist außerdem ein Potentialunterschied bzw. was versteht man unter dem Potential von einem Elektron oder elektrischen Strom?

 

[Fachmann]

Hallo Commander Spock,

für diese physikalischen Grundlagen ist das hier wohl eher das falsche Forum, hier leben eher die Praktiker. Und für die ist es müßig darüber zu knobeln, wie sich die Spannung ein einer Reihenschaltung aufteilt und ob da 0,3 Ohm Leitungswiederstand eine Rolle spielen oder ob man dieses praxisgerecht bei 230V und Energietechnik vernachlässigen kann. Du hast oben die entsprechenden Hinweise auf wikipedia bekommen.

Natürlich ist es physikalisch richtig, wenn du sagst, die Spannung teilt sich nicht wirklich an 2 Widerstanden sondern hat einen Verlauf über den gesamten Schaltkreis. Nur das spielt in der elektrotechnischen Praxis keine Rolle, und darum geht es hier. Deine Frage passt dann wohl eher zu den Physikern in die Theorie, oder zu den Mathematikern.

Gruß Fachmann

 

[mjtom]

Theoretisch ist zwischen Theorie und Praxis kein Unterschied, praktisch sieht das anders aus.

 

[R.B.]

@Commander Spock
Hallo,
beim el. Strom handelt es sich um einen Fluss von Ladungsträgern, also in diesem Fall von Elektronen mit neg. Ladung. Grundlage dafür ist ein Potenzialunterschied, also auf der einen Seite ein Elektronenüberschuß, auf der anderen Seite ein Elektronenmangel. Zwischen diesen Polen entsteht ein "el. Feld" und die Anziehungskräfte sorgen dafür, daß die Elektronen "wandern". Die Differenz Elektronenüberschuß zu Elektronenmangel stellt den Potenzialunterschied dar.

Der "Leiter" zwischen den Polen kann aus einem beliebigen Stoff bestehen, also auch Luft. Metalle eignen sich daher, weil diese durch die Metallbindung viele freie Elektronen haben. Dadurch kann bei gleichem Potenzialunterschied ein höherer Strom fließen weil die Elektronendichte höher ist. Nehmen wir als Vergleich Vakuum, dann kann ich durch eine hohe Spannung (Potenzialdifferenz) dafür sorgen, daß Elektronen auch hier "wandern". Ein Beispiel wäre die Elektronenröhre (Fernseher).

Ich denke die Begriffe Zug- und Schubarbeit könnte man in Verbindung mit dem Energiefluß heranziehen, obwohl dies eher unüblich ist. Der Begriff "Arbeit" steht doch in Verbindung mit dem Weg, und dann müßte man auch noch Feldlinien und so Zeug mit einbeziehen. Belassen wir es doch bei den Anziehungs"kräften".

Das mit der Reihenschaltung wurde ja schon erklärt, man müßte hier jedoch die Potenzialdifferenz über den einzelnen "Widerständen" betrachten, womit wir bei der Spannung wären.

Gruß
Ralf

 

[Commander_Spock]

Tut mir Leid, wenn meine Frage in diesem Forum etwas unpassend erscheint, aber ein so theoretisch gesdtaltetes Forum über Elektronik habe ich Leider nicht gefunden. Wenn ihr ein Forum kennt, das für meine Frage besser geeignet wäre, sagt mir dies bitte.

Zu R.B.: Du definierst das Potential also als die elektrischen Felder zwischen Plus und Minuspol?

 

[R.B.]

Nicht ganz, das Feld ist die Folge des Potenzialunterschieds.

Für ein Potenzial benötige ich auch immer eine Referenz als Bezugspunkt.

Nehmen wir einmal einen Punkt x. Diese hat im Vergleich zum Punkt y einen Elektronenübschuss, ist also negativ zu Punkt y. Oder anders ausgedrückt, Punkt y hat einen Elektronenmangel im Vergleich zum Punkt x. Aus der Differenz ergibt sich ein Potenzialunterschied.

Dieser Potenzialunterschied führt aufgrund der Anziehungskräfte zu einem Feld mit entsprechenden Feldlinien. Sind die Anziehungskräfte stark genug, dann werden Elektronen "wandern", das System versucht sich auszugleichen. Besteht zwischen "den beiden Punkten" kein Unterschied mehr (also gleiche Anzahl Elektronen) dann ist auch kein Potenzial (unterschied) vorhanden. Das Feld wurde abgebaut.

Nimmt man einen anderen Referenzpunkt, dann können die o.g. Punkte dennoch eine Potenzialdifferenz zu diesem aufweisen, auch wenn beide Punkte untereinander ausgeglichen sind.

Es kommt also auf die Betrachtungsweise, bzw. die Referenz an.

Nehmen wir mal ein Beispiel aus der Praxis.

Das gibt es Jungs, die fliegen mit einem Hubschrauber Überlandleitungen ab und reparieren diese. Der Hubschrauber nähert sich der Leitung an, es wird ein galvanischer Kontakt hergestellt, die Person arbeitet an der Leitung. Für den Mann an Bord des Hubschraubers hat die Leitung das Potenzial "0", er kann ohne Probleme daran arbeiten. Ich stehe auf dem Boden und schaue zu (Höhenangst). Für mich hat die Leitung ein Potenzial von 300kV, wäre also beim Berühren mit meinen langen Armen absolut tödlich.

Oder ein anderes Beispiel. Ich habe 2 Batterien, die eine mit einer Spannung von 1,8V, die 2. mit einer Spannung von 1,5V. Beide Minuspole miteinander verbunden, haben die beiden Pluspole eine Potenzialdifferenz von 0,3V. Diese schalte ich nun parallel. Was wird passieren? Genau, sie werden sich ausgleichen, Elektronen werden vom einen Pol mit Elektronenüberschuss, zum anderen Pol wandern bis diese ausgeglichen sind. Die Potenzialdifferenz zwischen den beiden Pluspolen wird 0V, das bedeutet jedoch nicht, daß die Batterien leer sind. Sie weisen gegenüber ihrem Minuspol immer noch eine Potenzialdifferenz auf.

Ich hoffe das ist verständlich. Sorry, hab´ in Physik nicht immer aufgepasst und das ist bei mir auch schon ein paar Tage her.

Gruß
Ralf

 

[Commander_Spock]

Also als Potential definierst du überhaupt die unterschiede bezüglich der Ladung, also dass ein Punkt eine andere Ladung aufweist als ein anderer Punkt, dann besteht ein Potential zwischen diesen beiden Punkten, dann entsteht ein elektrisches Feld zwischen diesen beiden Punkten, das Kraft auf die Elektronen ausübt und diese dann wandern und Strom fließt. Also könnte ein Potential oder eine Spannung auch dann auftreten, wenn ich zwei Punkte habe, die zwar beide positiv sind, der eine aber trotzdem weniger Elektronen hat als der andere?
OK also das mit dem Potenzial habe ich nun hoffentlich verstanden.
Aber trotzdem kann ich mir das mit der Gesamtspannung und den Einzelspannungen in einer Reihenschaltung nicht erklären. Ich stelle mir das so vor: Wenn ich einen Potenzialunterschied, also eine Spannung habe, dann stoßt der Minuspol die Elektronen ab und der Pluspol zieht die Elektronen an. Die Elektronen schieben sich vom Minuspol abgestoßen gegenseitig den Leiter entlang, wobei sie gleichzeitig vom Pluspol angezogen werden. Nun ist die Kraft, mit der sich die Elektronen gegenseitig anschieben oder mit der sie angezogen werden umso größer, je größer der Potenzialunterschied oder die Spanung ist. Habe ich jetzt zwei gleich große Widerstände hintereinander geschaltet, so müsste also auch die Kraft des anschiebens und angezogen werdens überall gleich groß sein. Die Kraft, mit der die Elektronen angezogen werden, ist immer konstant. Die Kraft, mit der sich die Elektronen anschieben nimmt aber mit der Zeit ab, da ja ein Elektron das nächste anschiebt, aber die Kraft nicht zu 100 Prozent übertragen wird, da der Widerstand auch noch überwunden werden muss, egal ob der eigentliche Widerstand oder der Leiter, der ja in der Realität auch einen Widerstand besitzt. Also müsste die Kraft, mit der sich die Elektronen gegenseitig anschieben abnehem, je mehr Weg durch einen Widerstand zurückgelegt wurde. Also kann in dem ersten Widerstand nicht die gleiche Spannung (die gleichen Kräfte als Resultat der Spannung) wie in dem zweiten Widerstand herrschen, selbst wenn die zwei Widerstände gleich groß sind und laut dem ohmschen Gesetz die gleiche Spannung herrschen müsste.

MFG
Commander_Spock

 

[R.B.]

@Commander_Spock
Hallo,
gleich vorweg mal eine Frage. Wie kommt man auf die Idee über solche tiefgreifende Dinge nachzudenken? Die letzte "Sendung mit der Maus" kann´s wohl nicht gewesen sein, daran hätte ich mich erinnert.. :lol:

Gut, das Thema Potenzial ist abgekhakt. Stürzen wir uns auf die Reihenschaltung.

Fangen wir mal von vorne an. Stellen wir uns vor, auf der einen Seite eine Quelle (Elektronenübschuß), auf der anderen Seite eine Senke (Elektronenmangel), dazwischen EIN Widerstand. Dieser hat, je nach Material, eine bestimmte Leitfähigkeit. Diese ist bestimmt durch die oben bereits genannten "freien" Elektronen.

Je nach Potenzialdifferenz und Anzahl der freien Elektronen, wird ein Strom fließen. Das System versucht sich auszugleichen, was je nach Widerstand (Leitfähigkeit) schneller oder langsamer vonstatten geht. Hohe Potenzialdifferenz, hohe Leitfähigkeit, ergibt einen hohen Strom (Elektronenfluß).

Ich denke, soweit sind wir uns einig.

Schalten wir jetzt 2 Widerstände hintereinander, dann werden wir an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen einen Elektronenstau feststellen können. Wir haben zwischen Quelle und Senke mehrere Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit. Dadurch ergibt sich an dieser Stelle wiederum ein Potenzial. Das kann man sich vorstellen wie einen Stau an einer Baustelle auf der Autobahn. Ich weiß, das klingt etwas grobschlächtig, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich jetzt noch auf Metallgitterstrukturen, freie Elektronen, Bindungen und so Kram eingehen soll.

Gruß
Ralf

 

[Commander_Spock]

Nun ich besuche jetzt die 10. Jahrgangsstufe eines Gymasiums in Bayern und habe meinen Schwerpunkt auf Mathematik und Physik gelegt, da ich später auch einmal einen Beruf auf diesem Gebiet ausüben will. Und ich denke es gibt zwei Arten von Schülern: Die einen lernen ihr Formeln auswendig, wissen wie man sie anwendet uns´d schreiben, je nach dem, was der jeweilige Lehrer fordert, dadurch auch gute Noten. Diese Schüler sind aber deshalb nicht weniger ehrgeizig.
Die zweite Gruppe erschließt sich Formeln, denkt darüber nach, was dahintersteckt und muss nicht alles stur auswendig lernen. Zu dieser Gruppe zähle ich mich, denn ich denke, wenn man eine Formel nur auswendig lernt, hat man den eigentlichen "Sinn" der Physik und der Mathematik nicht verstanden.

Nun zu deiner Antwort: Wenn es eine Potentialdifferenz zwischen der Leitung zwischen den Widerständen und der Leitung nach dem zweiten Widerstand gibt, dann müssen in dem Leitungsabschnitt zwischen dem beiden Widerständen mehr Elektronen vorhanden sein als in dem Leitungsabschnitt nach dem zweitem Widerstand. Aber habe immer gedacht, dass bei einer Reihenschaltung die Elektronen homogen üner die ganze Schaltung verteilt sind, also nirgends dichter sind als irgendwo anders? Wenn as so ist, müssten sich die Elektronen dann nicht auch vor dem ersten Widerstand stauen, dort zusätzlich ein Potential bilden, wodurch die Spannung dann beim ersten Widerstand dann auch größer wäre als beim zweiten Widerstand?

 

[Commander_Spock]

Hallo,

ich habe mir noch einmal Gedanken zu deiner Antwort gemacht und bin zu folgendem Schluss gekommen:
Die Spannung ist eine Potentialdifferenz, und durch diese Differenz entsteht ein elektrisches Feld, auf die Ladungen werden Kräfte ausgeübt und ein elektrischer Strom fließt. Wenn ich jetzt wissen will, wie groß die Spannung an einem Leiterabschnitt ist, dann schaue ich mir die Stromstärke dort an, dann weiß ich, welche Kraft auf die Elektronen ausgeübt wird und dann weiß ich wie groß die Spannung sein muss damit die Kraft und die Stromstärke so groß sind. In einer Reihenschaltung habe ich jetzt überall die gleiche Stromstärke, da einerseits die Geschwindigkeit aller Elektronen gleich groß sein muss, denn wenn ein Elektron schneller ist als das z.b. darauffolgende, dann würde es auf dieses auflaufen, die Kraft, mit der das schnellere das langsamere Atom anschiebt würde sich also solange vergrößern, bis beide Elektronen gleich schnell wären, somit pendelt sich die Geschwindigkeit aller Elektronen so ein, das sie überall gleich groß ist. Der zweite Aspekt ist, dass ich Elektronen nicht zusammendrücken kann, somit der Abstand der Elektronen immer gleich groß ist, was in Verbindung mit dem Geschwindigkeitsaspekt eine überall gleich große Stromstärke in der Reihenschaltung ergibt.
Dann habe ich mir überlegt, dass wenn die Kraft, die vom Minuspol auf die Elektronen ausgeübt wird, nur auf die ersten Elektronen direkt ausgeübt wird und von diesen an die anderen weitergegeben wird. Nun das erste oder die ersten Elektronen aber nicht die ganze Kraft, also die ganze Spannung, die sie an die anderen Elektronen weitergeben, sondern nur die Kraft, mit der sie fortbewegt werden, das sie die andere Kraft ja an die darauffolgenden Elektronen weitergeben. Somit verteilt sich die Gesamtspannung auf alle Elektronen im Leiter, und zwar nicht gleichmäßig, sondern so, dass alle Elektronen die gleiche Geschwindigkeit haben. Also muss die Spannung in einer Reihenschaltung mit zwei gleich großen Widerständen gleich groß sein, denn wenn sie im zweiten Widerstand kleiner wäre als im ersten. dann wäre die Geschwindigkeit der Elektronen dort langsamer, dann würde der von dir beschriebene Stau der Elektronen auftreten, und zwar solange, bis die Geschwindigkeit der Elektronen im zweiten Widerstang genauso groß wärfe wie im ersten, und dazu müsste dann im zweiten Widerstand die Spannung, also die Kraft, genauso groß sein wie im ersten Widerstand.