Spannung Energie der Elektronen?
Man betrachte eine Spannungsquelle mit 10V und einen einfach Stromkreis mit 1 Widerstand 10 Ohm.
Folglich fließt der Strom 1A. Für die Liestung gilt P=10V1A=10W.
wenn man jetzt eine weiter Spannungsquelle in Reihe zu ersten schaltet und einen weiteren Widerstand in Reihe zum ersten. So hat man :
U=20V und R= 20Ohm
also fließt nach wie vor der Strom I=1A. Aber die Leistung ist nun doppelt so hoch, bedeutet im Stromkreis wird mehr Energie umgewandelt. Ja man kann jetzt sagen , die Spannung ist doppelt so hoch, bedeutet die Elektronen haben die doppelte „potentielle Energie“ wenn sie den Stromkreis durchlaufen. Da der Strom aber gleich groß ist frage ich mich folgendes:
wie äußert sich die höhere Spannung auf die elkentronen? Fließen die schneller bzw. in welcher Art und Weise haben sie die nun zusätzliche Energie mit auf ihrem Weg?
Also wie können sie die doppelte Energie abgeben?
1 Antwort
Das erklärt sich wenn wir uns die Spannung genauer betrachten und sie definieren.
Wir sind uns einig, die elektrische Spannung ist die Ursache des elektrischen Stroms, die elektrische Spannung ist die Fähigkeit von Ladung Arbeit zu verrichten. Je mehr Ladung wir haben, die die gleiche Menge an Arbeit verrichten können, desto mehr Arbeit können wir insgesamt verrichten das heißt die Spannung hängt einmal von der Anzahl der Ladung ab und einmal von der Arbeit die verrichtet werden kann:
U=W/Q
wenn die Elektronen sich schneller bewegen könnten, dann müsste unsere elektrische Stromstärke dies zeigen und ebenfalls größer werden. Warum? I=Q/t Die elektrische Stromstärke ist doch die Ladung pro Zeit, das heißt wenn die Elektronen schneller sind, haben wir ja MEHR Ladung in der SELBEN Zeit und damit eine größere Stromstärke ;) das heißt es hängt schon vom Widerstand ab wie schnell sie die Ladung bewegt und warum ist das so?
Nun was hat Newton uns einst noch beigebracht? Damit ein Objekt sich bewegen kann, nicht speziell Ladung sondern irgend etwas, meinetwegen eine befüllte Kiste mit der Masse M, dann tut sie das doch nicht von alleine oder? Es muss ja eine KRAFT auf die Kiste Wirken. Meinetwegen du schubst die Kiste an oder what ever. Hauptsache es wirkt eine KRAFT auf die MASSE m. Was passiert dann mit dem Objekt? Sie wird BEWEGT. Nicht wahr? Es gilt folglich F=m*a bzw a=F/m also die Beschleunigung a ergibt sich aus der Kraft F pro Masse m. Für Ladungen gilt ähnliches Prinzip. Ohne eine Kraft bewegt sich nichts.
Auch der elektrische Widerstand ist eine KRAFT nämlich eine Kraft, die der Bewegung von Ladung entgegenwirkt und die Bewegung der Ladung zu hemmen versucht. Wenn du willst, dass die Ladung sich TROTZ Widerstand sich bewegt, dann muss die Kraft mit der die Ladung beschleunigt wird größer sein als die Kraft die die Ladung zu bremsen versucht.
Das heißt Die Kraft muss größer werden um die Geschwindigkeit der Ladung bei größerem Widerstand aufrecht zu erhalten und insgesamt bedeutet es, dass die ARBEIT größer werden muss, denn die Arbeit ist ja Kraft * Weg also W=F*s.
So und wie war das jetzt noch gleich mit der Leistung? Die Leistung ist doch per Definition ein Arbeit pro Zeit Verhältnis oder? Also P=W/t
Was passiert also wenn wir P=U*I rechnen? Schauen wir uns das genauer an:
P=U*I=W/Q*Q/t
Ich hoffe du erkennst es. wie war das nochmal mit der Multiplikation von Brüchen? Nenner * Nenner Zähler*Zähler richtig? Das heißt wir können auch schreiben:
P=W*Q/Q*t und spätestens jetzt muss klar sein Q/Q streicht sich weg und übrig bleibt P=W/t.
Das heißt wenn wir schreiben P=U*I ist es das selbe als würden wir sagen, dass Leistung Arbeit pro Zeit ist. Wenn die Stromstärke gleich bleibt, dann heißt es, dass auch nur der Teil der Arbeit pro Ladung verrichtet wird, wenn auch nur die Anzahl der Ladung arbeit verrichtet. verdoppeln wir nun Pro Ladung die Arbeit, so verdoppelt sich ja auch die Arbeit insgesamt die verrichtet wird. Die Zeit t bleibt gleich und bezieht sich nach wie vor auf 1s und wir erhalten eine doppelt so hohe Leistung.
Das geht also wie du siehst gar nicht anders auf :)
Nein. Der Widerstand wirkt doch als Kraft entgegen. bei höherer Spannung haben wir doch auch den Widerstand erhöht oder? Damit ist doch die Kraft die die Ladung in der Bewegung zu hemmen versucht größer. bei gleichem Widerstand würde es bedeuten, dass die Ladung schneller wird und das würdest Du auch in der Stromstärke sehen aber mit höherem Widerstand nicht aber dann würde auch nicht doppelt so viel Leistung verbraten werden sondern das vierfache. Weil pro Ladung doppelt so viel Arbeit verrichten und einmal doppelt so viele Ladungen haben.
Ja klar, aber doppelte Spannung doppelte Ernestine pro ladung. Aber in welcher Form soll die Ladung die Energie haben wenn nicht in kinetischer?
Als elektrische Energie im elektrischen Feld. Dabei ist ja klar, dass die reine Anwesenheit von Ladung ein elektrisches Feld E hervorruft. In einem Atom hast du ja sicher gelernt, dass die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist (im Idealfall), da Ladungen das bestreben haben sich auszugleichen, sodass nach außen kein elektrisches Feld herrscht.
Wenn es aber zu einem elektrischen Feld kommt, dann wirkt eine Kraft auf Ladung auch als F elektrisch bezeichnet kurz Fel.
das was für Masse als beschleunigung F=a*m ist, ist für Ladungen F=E*Q. Die Energie steckt also im elektrischen Feld der Ladung. Das elektrische Feld E gibt der Ladung die Fähigkeit Arbeit zu verrichten und wird im elektrischen Feld daher auch beschleunigt. Dann wird auch elektrische Energie in Kinetische Energie und oder Schluss endlich in Wärme umgewandelt.
und immer dann, wenn in der Physik Energie von einer Energieform in eine andere umgewandelt wird, dann spricht man davon, das Arbeit verrichtet wird, das heißt Arbeit entsprecht genau der Energiezustands Änderung.
Ja das ist schon klar, dass die Ladungen alle die doppelte Arbeit verrichten nur ich frage mich halt ob man sagen kann „wie“.
weil ja klar doppelte Spannung heißt doppeltes W da ja W=Q*U.
und das elektrische Feld ist doppelt so stark, aber müssten dann die Ladungen bei doppelter Kraft auch nicht doppelt so schnell beschleunigt werden?