Elektrische Spannung als Höhenunterschied deuten?
Aufgabe: Wie kann man die elektrische Spannung als Höhenunterschied in der Physik deuten? Gehe dabei auf die Arbeit ein. (Beispielsweise, wenn man Stein fallen lässt)
4 Antworten
Wenn man einen Stein von einer bestimmten Höhe (potentielle Energie) über eine bestimmte Strecke (bestimmte Höhendifferenz) fallen lässt, wird diese potentielle Energie durch die Erdbeschleunigung in gleich viel kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt (Erhaltung der Energie).
Elektrische Spannung (Spannungsdifferenz bzw. Potentialdifferenz zwischen zwei Polen) vermag auf geladene Teilchen wie Elektronen ebenfalls eine beschleunigende Kraft auszuüben. Beispiel Röntgenröhre: Hier treten die Elektronen an der Kathode aus und werden im Vakuum durch die angelegte Spannung bis zur Anode beschleunigt. Liegen beispielsweise 10'000 Volt an, erhalten die Elektronen über die Beschleunigungsstrecke eine kinetische Energie von 10'000 eV (Elektronenvolt).
Auch Elektronen in einem Leiter werden durch eine bestimmte Spannungsdifferenz in Bewegung versetzt und sind durch ihre Energie in der Lage, in einem Verbraucher Arbeit zu verrichten (z.B. Elektromotor).
Ergänzung: Umgekehrt muss man zum Hochheben des Steines die gleiche Energie (Arbeit) hineinstecken, die beim Fallen frei wird. Auch der Betrieb des elektrischen Generators zur Erzeugung der Spannung benötigt Energie (Arbeit), um den Strom in Bewegung zu versetzen, damit er anderweitig wieder genutzt werden kann.
Die elektrische Spannung wird in Volt (V) gemessen und gibt an, wie viel Energie pro Ladungsträger zur Verfügung steht. Sie kann als "elektrischer Höhenunterschied" betrachtet werden, da sie die Fähigkeit einer elektrischen Quelle beschreibt, in einem Stromkreis einen Strom aufrechtzuerhalten. Im Modell des offenen Wasserkreislaufs entspricht die Spannung dem Höhenunterschied der Vorratsbehälter.
Wenn man einen Stein fallen lässt, wird seine potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die potentielle Energie des Steins hängt von seiner Höhe ab. Wenn der Stein fällt, wird seine potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die kinetische Energie des Steins hängt von seiner Geschwindigkeit ab. Wenn der Stein auf den Boden fällt, hat er seine maximale kinetische Energie erreicht.
Aber was ist genau der Zusammenhang zwischen Spannung und dem Höhenunterschied, wenn man einen Stein fallen lässt?
ja, um Energien nutzen zu können bedarf es eines Gefälle, egal ob mechanisch, elektrisch, thermisch, oder magnetisch.
Strom:
Der Strom fließt von - nach +, also vom Elektronen Überschuss zum Elektronen Mangel, sind beide ausgeglichen fließt nichts mehr, also ist auch keine Spannung mehr da.
Spannung und Gravitation erzeugen ein Potenzialfeld. Bei Bewegungen einer Masse bzw. einer Ladung quer zu den Potenziallinien muss je nach Richtung Arbeit verrichtet werden oder Arbeit wird verrichtet.