Bedeutet höhere Spannung auch mehr Energie pro Elektron?
Hallo,
ich habe eine Frage zur elektrischen Spannung. Die Formel für die elektrische Leistung ist ja UI (Spannung mal Stromstärke). Wenn man die Stromstärke heruntersetzt, muss man ja die Spannung erhöhen, um die gleiche Leistung beizubehalten (Das wird ja glaube ich wegen dem geringeren Wärmeverlust durch Reibung auch beim Transport von Strom gemacht). Da gleiche Leistung ja auch heißt, dass die gleiche Energie pro Sekunde transportiert wird, muss ja, so habe ich mir das gedacht, eine Elektron mehr Energie übertragen, sonst wäre die Leistung ja nicht gleich. Es fließen ja schließlich auch weniger Elektronen pro Sekunde, weil die Stromstärke geringer ist.
Ich bin mir aber bei dieser Sache nicht sicher, ob das stimmt, was ich da denke, deshalb frage ich, ob ich bei den Gedankenschritten einen Fahler gemacht habe oder ob das korrekt ist.
2 Antworten
Ich denke, am besten kann man es am Beispiel eines Plattenkonsators erklären.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)
Stell dir vor du hast einen Plattenkondensator. Zwischen den Platten soll ein Vakuum bestehen. Nun lädst du den Plattenkondensator von außen auf, mit einer Spannung von z.B. 10.000V. Volt bedeutet Joule (Energie) pro Coulomb (Ladung). Die Ladungsmenge von 1 Coulomb entspricht der Ladungsmenge von einem Mol Elementarladungen, also der Ladung eines Elektrons. Die 10.000 V bedeuten also auch 1,66E-15 J pro Elektron.
Wenn nun Durchschlagsspannung herrscht, d.h. Elektronen von der negativ geladenen Kondensatorplatte auf die positiv geladene Kondensatorplatte treffen, so werden die Elektronen, die ja geladen sind, auf ihrem Weg zwischen den Kondensatorplatten durch das elektrische Feld tatsächlich so stark beschleunigt, dass sie auf die positiv geladene Kondensatorplatte mit einer kinetischen Energie von 1,66E-15 J treffen. Jetzt könnte man über die Masse der Elektronen auch leicht berechnen, wie schnell sie dabei sind.
Im Grunde kann jedes elektrische System als Kondensator mit einer Füllung zwischen den Platten betrachtet werden. Liegt ein elektrischer Leiter vor, so stoßen die beschleunigten Elektronen natürlich die vor ihnen liegenden Elektronen an und beschleunigen diese (Impulserhaltungssatz).
Ja, im Prinzip stimmt das. Nur hat das Elektron an sich keine Energie, sondern die Energie befindet sich im Elektrischen Feld und wirkt auf das, bzw. die Elektronen.
Hier wird oft der Vergleich mit einer Fahrradkette gebracht. Spannung ist der Druck/die Stärke, mit der die Kette angetrieben wird, Strom die Geschwindigkeit. Wie bei der Kette wirkt die Stärke auf alle Elektronen im Leiter. Nach einem Widerstand wirkt eben ein kleineres E-Feld auf die Elektronen. Die Elektronen sind, wie die Fahrradkettenglieder nur das Medium, um die Energie zu übertragen (im Falle der Elektrischen Energie ein E-Feld und ein Magnetfeld aufzubauen).
Danke für das anschauliche Beispiel! So kann man es sich viel Leichter vorstellen.
Als Ergänzung: Es ist die potenzielle Energie des Elektrons. Wenn man einen Stein den Berg raufträgt, hat er eine potenzielle Energie bezüglich des Tals. Wenn man ihn nun runterrollen lässt, wird seine potenzielle Energie wieder frei (z.B. in Form von Wärme) .
Oft wird geglaubt, die Energie eines Stroms steckt in der kinetischen Energie der Elektronen - das ist natürlich Quatsch.