Elektrische feldstärke im Leiter?
Habe ich einen spannungsquelle von 10 Volt und einen Strom von 1 ampere. Wie kann ich die feldstärke des elektrischen Feldes im Leiter berechnen?
4 Antworten
Das ist mind. die vierte ähnliche Frage von ihm innerhalb 2 Tagen. Sicher ist es ihm inzwischen klarer geworden. Zu dieser Frage:
- Die Stromstärke ist irrelevant für die Feldstärke
- Die Feldstärke ist vereinfacht ausgedrückt abhängig vom Ort und von der Spannung. Sie ist gleich der Kraft auf eine Testladung geteilt durch die Ladung dieser Testladung.
- Im annähernd homogenen Feld entlang eines realen Leiters ("im Leiter") zwischen Plus- und Minuspol einer Batterie ist die Feldstärke überall gleich und nur von der Spannung abhängig.
Ja, ich dachte, du meinst eine fixe Anordnung.
Allgemein gilt E = U / d
(Feldstärke ist Spannung durch Distanz der beiden Orte, zwischen denen diese Spannung herscht.)
Gilt E=U/d bei jedem Leiter ? Weil was ist wenn die Länge des leiters gleich bleibt aber der spezifische widerstand des Materials also Verbraucher sich verändert? Dann ist d gleich aber E wird trotzdem kleiner oder größer je nachdem
Ja.
- Stell dir eine Treppe vor, die vom 1. zum 2. Stockwerk führen soll.Es gibt zig Treppen, welche diesen Unterschied überwinden können:
- Steil und kurz, flach und lang
- Viele und kleineStufen, wenige und grosse Stufen
So unterscheiden sich auch die Leiterarten, der spez. Widerstand ist nicht relevant. Deshalb nimmt ja das Potential sogar im Vakuum gleichermassen ab.
Aber die feldstärke steht ja über die Spannung in einem Zusammenhang mit der Stromstärke ändert sich der spezifische widerstand so ändert sich auch der Strom und somit die feldstärke
Die Feldstärke (und die Spannung) stehen über den Widerstand im Zusammenhang mit der Stromstärke.
Also: um einen höheren Strom bei gleichem Material (gleiche Länge, gleiche Dicke, gleicher spezifischer Widerstand) zu erhalten, muss man natürlich die Spannung erhöhen und damit die El. Feldstärke.
Wenn man aber nur das Material ändert, dann kann sich der Strom erhöhen oder erniedrigen, auch wenn die Spannung und damit das E-Feld konstant bleibt.
In einem idealen Leiter ist das Potential überall gleich, und es besteht kein elektrisches Feld.
Anders ist es, wenn der Leiter einen Widerstand hat. Dann gibt es ein elektrisches Feld in Leiterrichtung.
Ohne Widerstand könnte sich das elektrische Potential sofort ausgleichen.
(Es sei denn, wir haben Wechselfelder, deren Wellenlängen nicht mehr lang gegenüber den Abmessungen der Schaltung sind. Dann haben wir Welleneffekte.)
Weil der Strom sonst unendlich würde, was technisch nicht geht.
Die Elektronen (im Leitungsband) in einem elektrischen Leiter sind frei beweglich und haben, sobald ein Überschuss durch Anlegen einer Spannung auftritt, die Tendenz einen möglichst großen Abstand voneinander zu erreichen (elektrostatische Abstoßung). Den größten Abstand von einander erzielen sie, wenn sie sich an der Oberfläche des Leiters befinden. Das Innere des Leiters ist also elektrisch neutral, weil die positiven Atomrümpfe und die Elektronenzahl ausgeglichen sind. Und da sich die negativen Ladungen - im Querschnitt des Leiters betrachtet - auf einem Kreis befinden, addieren sich die Felder, die sie erzeugen, im Inneren zu Null (feldfrei).
Ich glaube, ich habe da etwas durcheinander geworfen. Das Innere eines idealen Leiters in einem elektrischen Feld ist feldfrei. Also vergiss meinen Beitrag einfach.
10 Volt geteilt durch Länge des Leiters.
Vorausgesetzt, der Leiter ist gerade. Sonst wird es kompliziert: https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen
Der Strom spielt hierbei keine Rolle.
Aber das bedeutet ja je länger der Leiter desto höher die Spannung ? Aber die Spannung u ist doch konstant oder nicht?
Nun, wenn der Nenner größer wird, aber der Zähler gleich bleibt, wird der Bruch natürlich kleiner. D. h. in einem doppelt so langen Leiter ist an derselben Spannungsquelle die Feldstärke nur halb so groß.
Und was sagt das letztlich aus wenn E nur noch halb so groß ist ?
Die Kraft auf die einzelne Ladung ist nur halb so groß.
Da die mittlere Geschwindigkeit einer Ladung in einem elektrischen Leiter proportional der Kraft auf diese Ladung ist, fließt auch nur halb so viel Strom. Ganz so, wie das Ohmsche Gesetz sagt.
(Natürlich hat man erst das Ohmsche Gesetz gefunden und daraus geschlossen, dass die mittlere Geschwindigkeit eines Ladungsträgers in einem Leiter proportional der Kraft auf den Ladungsträger ist. - Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Beweglichkeit_(Physik) )
Aber ist der Strom wirklich abhängig von der Länge des Kabels ? Jedes Kabel ist doch verschieden lang und bei gleicher Spannung und gleichem widerstand fließt doch auch gleich viel Strom
Ja, bei gleicher Spannung und gleichem Widerstand fließt gleich viel Strom.
Aber: der Widerstand eines Widerstandsdrahtes ist proportional zu seiner Länge.
(vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifischer_Widerstand )
Ich meine eigl einen normalen Kupferdraht mit geringem widerstand
Wenn im Stromkreis Widerstände sind, die wesentlich größer sind als der Widerstand im Kupferdraht, dann stellt sich die Spannung im Kupferdraht so ein, dass der passende Strom fließt.
Also spannungsquelle Kupferdraht Glühbirne. Kann man da die feldstärke berechnen?
Also wenn ich eine spannungsquelle habe und einen widerstand fließt Strom. Wenn ich jetzt die Kupferkabel verlängere die widerstand und Verbraucher verbinden steigt der widerstand? Und wie kann ich jetzt letztlich die feldstärke berechnen? Weil macht ja schon eine Unterschied ob ein widerstand im Draht ist oder nicht?
Ja, der Widerstand steigt ein wenig, und zwar um den Widerstand der zusätzlichen Leiterstücke.
Zur Spannung, die an jedem Leiterstück (einschl. Verbraucher) abfällt, siehe Stichwort "Spannungsteiler".
Bei einigermaßen geraden Leiterstücken ist wieder E = U / l
Aber E=U/l kann doch nicht gelten wenn ein widerstand im Draht ist oder?
Bzw sagen wir das wir gesagt haben der Strom ist ~ zur feldstärke. Wenn jetzt die Länge des Drahtes gleich bleibt der spezifische widerstand des elektrischen wiederstandes aber steigt so ist der Strom kleiner ist dann E auch kleiner?
Aber sie ist dann auch abhängig von der länge des Leiters oder?