Spannung als potentialdifferenz?
Bsp: Kondensator mit der Spannung 10 Volt. Bringt man nun eine Probeladung (negativ) von der positiven Platte zur negativen Platte wird Arbeit verrichtet. Jedem Punkt im Feld ist ja ein Potential zugeordnet. Hat die Ladung den halben Weg geschafft so hat sie ein Potential von 5V ,d.h. Die Spannung von ihrem ort und der negativen Platte beträgt nun noch 5V.
Habe ich nun einen Stromkreis mit der Spannung 10V und eine Ladung fließt durch den Kreis ist es egal wo sie sich befindet ob direkt an der spannungsquelle oder kurz vorm Verbraucher (Lampe oder irgendwas anderes) sie hat trz an jedem Punkt im Kreis eine Spannung von 10V mit dem Pluspol und das obwohl sie bereits einen Weg durch den Leiter gegangen ist. Warum ist das hier anders als beim e Feld? Warum hat die Ladung nicht nachdem sie die Hälfte des Weges durch den Leiter gegangen ist nicht nur noch die Hälfte der spannung?
5 Antworten
Nein, es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied, im Prinzip ist beides gleich:
Sowohl im Draht (Stromkreis) wie auch beim Kondensator hast du zwei Punkte mit den beiden Extremen, dem unterschiedlichem Potential (+ und - Pol), und dazwischen hast du ein Potentialgefälle.
Das Potential nimmt vom + zum - Pol kontinuierlich ab, egal ob dazwischen Luft (Kondensator) oder Kupfer (Stromleitung zwischen + und -) ist!
Wenn du also PLus- und Minuspol einer Batterie von 10V mit einem Draht verbindest, hast du gegenüberdem 0-Punkt in der Mitte des Drahts genau 5V Potential, nach 3/4 des Wegs noch 2,5V usw.
Weil die Spannung "mehr Aufwand" braucht, das Elektron durch einen Widerstand zu "drücken", da geht also mehr Potential verloren.
Bsp: Kondensator zwischen den Platten Luft ,bewegt sich nun eine negative Probeladung in feldrichtjnf also von plus nach minus so wird Arbeit verrichtet. Und zwar je mehr je länger der Weg zwischen den Platten ist (verschiedene Potentiale).
Bsp 2: elektrisches Feld zwischen Gewitterwolken und Boden. Genau dasselbe, habe ich jetzt aber einen Turm aus Metall (Blitzableiter) so verscheiben sich ja die potentiallienien. Warum ist das so?
Bsp 1: JA
Bsp 2: verstehe die Frage nicht. Was meinst du mit "Potenttiallinien" und wie denkst du sollen sich diese verschieben?
Ist ja zu Draht dasselbe im Kabel ist wenig potentialgefälle und am widerstand sehr viel. Kostet es also weniger Arbeit eine Probeladung durch den Blitzableiter zu schicken bis zu seiner Spitze als durch die Luft? Hoffe du verstehst was ich meine .
Ja, denn der Blitzableiter ist aus Metall und ein guter elektrischer Leiter.
Die Luft ist zuerst mal ein Isolator mit unendlich grossem Widerstand. Erst wenn sie ionisiert wird und ein Lichtbogen entsteht, leitet sie. Deshalb ist es wahrscheinlicher (aber nicht sicher!), dass ein Blitz in den Blitzableiter schlägt als daneben. Durch die kürzere Distanz zwischen seiner Spitze und der Wolke ist die Feldstärke hier höher und der Einschlag wahrscheinlicher.
Ok verstehst du was ich mit dem Blitzableiter meine ? Warum ändert sich das Potential dort kaum ? Einfach weil das Metall leitet oder wie?
Ja. Von Anfang zum Ende des Blitzableiters ändert sich das Potential nur sehr wenig (solange kein Blitzstrom fliesst).
Wenn der Blitz dann schlägt, ist der ionisierte Blitzkanal fast gleich gut leitend wie das Metall.
Gewitterwolken negative „Platte“, Erdboden positive „Platte“. Man hat ein e Feld. Und man kann dort potentiallinien einzeichnen. Hat man nun aber im Feld einen blitzableiter stehen dann biegen sich die potentiallinien um seine Spitze rum
Weißt du was ich meine?
Achso, Du meinst FELDlinien bzw. die Potentiallinien oder Aequipotentialflächen, welche senkrecht zu den Feldlinien stehen.
Das hat zwei wesentliche Gründe:
Die ganze Erdoberläche ist dann eine Aequipotentialfläche, inkl. der Spitze eines Blitzablieters. Feldlinien treffen defintionsgemäss senkrecht zur Potentialfläche ein. Ausführlicher ist es z.B. hier:
https://elearning.physik.uni-frankfurt.de/data/FB13-PhysikOnline/lm_data/lm_282/auto/kap16/cd540.htm
Aber woran liegt das einfach weil sich eine Probeladung im Blitzableiter leicht verschieben lässt?
Indirekt ja, weil viel leichter als in der nichtleitenden Luft.
Schau noch diese Grafik:
links ein ideal homogenes Feld zwischen Wolke und flacher Erde.
Rot die Feldlinien, schwarz die Äquipotentialflächen.
Wenn der Blitzableiter aufragt, dann ist eben das Potentialgefälle von Wolke zu Erde schon an der Stabspitze zu Ende, deshalb steigt dort die Potentialfläche an. Und deshalb liegen dann an der Spitze die Feldlinien dichter beisammen.
Dass sich Feldlinien so formen, liegt in der Natur von Vektorfeldern. Das ist bei allen nicht-homogenen Vektor-Feldern ähnlich, da kannst du auch ein Magnetfeld betrachten, oder eine Stromungsanimation in der Wetterkunde, oder ein Wirbelfeld um den Badewannen-Ablauf.
Du sagtest ja die Spannung fällt in einem Draht mit widerstand unregelmäßig ab. Kann man dann im umkerhschluss sagen im e Feld zwischen zwei Kondensatorplatten ist die Luft ein konstanter widerstand über die gesamte Strecke d zwischen den Platten hinweg?
Ja, das kann man so auffassen. Obwohl der Widerstand von Luft nicht definierbar ist (die Leitfähigkeit hängt z.B. von der Spannung und der Feuchtigkeit ab, siehe Gewitterblitze), und erst recht im Vakuum kein Widerstand definierbar ist.
Du verwechselst Spannung mit Strom und evtl Leiter und elektrisches Feld im Kondensator. Da ist einiges durcheinander geraten. :-)
Was durch den Leiter durchgeht, ist der Strom (A), nicht die Spannung (V).
Stelle dir das so vor: Du hast den Innenkern von einer Zewarolle (Der Leiter eines geschlossenen Stromkreises incl. Verbraucher). Diese ist voll mit Tischtennisbällen (Elektronen). Wenn du links einen weiteren Tischtennisball reinschiebst, rücken alle darin befindlichen Bälle einen Platz auf und der letzte fällt am anderen Ende hinaus. Das ganze nochmal und nochmal - Es fließt Strom.
Die Spannung dagegen ist der Potentialutnerschied zwischen den Ladungen (wie bei einer Batterie).
Die Ladung, die im Kondensator ist, entspricht dem Vorrat an Tischtennisbällen. Je mehr, desto höher der Potentialunterschied/die Spannung. Irgendwann geht der Vorrat beim Entladevorgang zuende und der Stromfluss im Leiter kommt zum Stehen. Die Spannung ist 0V und der Kondensator ist leer.
Das elektrische Feld dagegen ist zwischen den Kondensatorplatten innerhalb des Kondensators, nicht im Leiter! Es entsteht, sobald der Kondensator mit einer Spannungsquelle aufgeladen wird. Im Leiter spielt sich das natürlich in umgekehrte Richtung ab, so dass der Ballvorrat (Ladung) wieder gefüllt wird. Zwischen den Kondensatorplatten (und nur dort! Nicht im Leiter) baut sich das von dir beschriebene Feld auf.
Bevor jetzt jemand aufschreit: Natürlich gibt auch elektrische Felder zwischen Leitern, aber das vergiss mal ganz schnell wieder. Damit kannst du dich beschäftigen, wenn du das Kondensatorprinzip wirklich verstanden hast. Das verwirrt sonst nur und führt zu Fragen wie dieser.
Etwas schwer verständlich, oder? Es ist ja auch etwas viel für ein Posting. Daher mein Tipp:
Befasse dich nochmal genauer mit "Elektrisches Feld", "Kondensator" und wie Strom eigentlich durch Leiter fließt (also was die Elektronen darin tun). Zum letzteren gibt es etliche Löwenzahn/Sendung-mit-der-Maus-Filme, die das häufig wesentlich verständlicher rüberbringen, als jedes Lehrbuch.
Das war aber nicht die Frage
Wenn man zwischen den Platten eines Kondensators ein e Feld hat und darin eine probeladung hat diese Ladung je nachdem wo sie ist ein elektrisches Potential.
Habe ich eine spannungsquelle mit KONSTANTER Spannung also eben kein Kondensator und einen Stromkreis mit verabrauxher so ist es egal wo die Ladung im Stromkreis ist sie hat entweder Potential der Spannung oder eben nachdem sie durch den Verbraucher geflossen ist ein Potential von null aber nichts dazwischen
Warum?
Doch, das habe ich dir erklärt. Anscheinend fehlen dir Grundlagenkenntnisse :-)
ein Kondensator hat eine bestimmte Kapazität. Wird von ihm z.B. durch Verbraucher ( Widerstand ) Strom entnommen wird die Spannung im Kondensator immer kleiner.
Diese Spannung ergibt sich nur aus der Ladung sprich ein endladener Kondensator hat 0 V Spannung. Dann wird er auf 10 V aufgeladen.
Umgekehrt wird er entladen bis die Spannung auf 0 V gesunken ist
Bei einem Stromkreis mit konstantem Widerstand (z. B. "Kurzschließen" einer Batterie mit einem Widerstandsdraht) nimmt die Spannung der Ladung beim Bewegen durch den Draht gleichmäßig ab/zu (je nachdem, ob "technische" oder "natürliche" Stromrichtung).
Bei einer Verbindung mit wechselndem Widerstand wechselt die Geschwindigkeit, mit der die Spannung abnimmt (zunimmt), aber während des Weges werden insgesamt wieder 10 V durchlaufen.
Ja aber wenn die Ladung die Hälfte des Drahtes geschafft hat (sagen wir der widerstand ist genau in der Mitte) hat die Ladung immer noch dasselbe Potential wie am Pluspol warum?
Nein, hat sie nicht. Sie befindet sich dort am Potential genau in der Mitte zwischen den Polen. Hier liegt das daran, dass das Potential und der Stromfluss aufeinander einstellen, wie der Wasserdruck im Wasserrohr, auch unter Berücksichtigung der Ventilstellungen.
Nein, die Ladung hat nicht mehr das gleiche Potential! In der Hälfte des Wegs hat sie nur noch die Hälfte des Potentials.
Also warum wechselt die Geschwindigkeit ? In einem e Feld zwischen zwei Platten ist ja „Luft“ also kein widerstand oder ?
Nein, aber dort fließt auch kein Strom. Das elektrische Feld wird hier nicht durch bewegte Ladungen modifiziert (außer der vernachlässigbaren Probeladung).
Im Draht befinden sich ortsfeste positive Ladungen und bewegliche negative Ladungen. Diese Ladungen sind annähernd, aber nicht vollständig ausgeglichen. Der Pluspol der Spannungsquelle saugt Elektronen ab und der Minuspol schiebt zusätzliche Elektronen hinein. Dadurch ist der Draht umso positiver geladen, je näher er am Pluspol ist, und umso negativer, je näher er am Minuspol ist.
Aber die Spannung fällt doch erst über dem Wiederstand im Leiter ab also ist das Potential vor dem widerstand nahezu gleich mit dem an der spannungsquelle oder nicht?
Ja, wenn wir einen lokalisierten Widerstand haben.
Deshalb habe ich von einem Widerstandsdraht gesprochen, bei dem der Widerstand über die ganze Länge gleichmäßig verteilt ist.
Wenn da ein Strom fließt, ja.
So ein Draht hat ja immer einen Widerstand, und Strom fließt nur, wenn da "Druck" drauf ist, also eine Potentialdifferenz. Diese Potentialdifferenz kommt dadurch zustande, dass die Elektronendichte an beiden Enden des Drahtes unterschiedlich ist (und natürliche - mit entsprechenden Übergängen - auch zwischen den Enden).
Diese unterschiedliche Ladungsdichte wird von einer von außen angelegten Potentialdifferenz (= Spannung) hervorgerufen.
Ja, es MUSS ein E-Feld im Draht geben, damit ein Stromfluss zustande kommt. Geauer herrscht das E-Feld zwischen den beiden Enden des Drahts, natürlich nicht quer dazu.
In einem e Feld existiert ja kein widerstand jedenfalls nicht zwischen zwei Metallplatten worin besteht dann der hauptsächliche Unterschied zum Leiter dass es da anders ist?
Das mit dem verschwindenden E-Feld in Leitern bezieht sich auf den statischen Fall, die Elektrostatik. Hier wartet man so lange, bis keine Ladungen mehr fließen (das passiert innerhalb einer sehr kurzen Zeit, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit) und schaut dann nach, wie die Felder aussehen.
In der Elektrodynamik betrachten wir hingegen den Fall, dass die Ladungen sich weiterhin bewegen. (Im Gleichstromfall den "stationären Fall", wo sich zwar was bewegt, aber die Bewegung selbst konstant bleibt, so wie ein (Wasser-)Fluss, der gleichmäßig fließt und immer gleich aussieht. Das ist der Fall, den man erst einmal behandelt; wirkliche Wechselstrombehandlungen kommen später.)
Du konstruierst einen Kurzschluss. Damit ist es wie beim Kondensator. Halbe Strecke, halbes Potential. Das Potential ist also gleichmäßig über die Drahtlänge von 10 V bis 0 V fallend.
Warum ändert sich dann das potentialgefälle wenn ein widerstand im Draht ist?