Warum fließt gleichviel Strom durch den kleinen und großen Widerstand?
Hallo. Im Bild sieht man einen Schaltplan.
Nach dem der Strom den gelben Widerstand passiert hat, kann es entweder durch den grünen oder durch den lila und blauen Widerstand weiter fließen. Und obwohl der grüne Widerstand 2 Ohm aufweist, und der lila und blaue Widerstand in der Summe nur 1,5 Ohm entspricht, fließt bei beiden genausoviel Strom hindurch.
Ich kennen die Formel der Brückenschaltung. Aber der Strom sucht hier nicht den Weg des geringeren Widerstands. Wie lässt sich mit einem Satz erklären, dass hier eine Ausnahme gilt? Hat es vielleicht etwas mit der Quantenmechanik zu tun, dass die Welle eines Elektrons aus zwei Leitungen kommen und in der Mitte aneinander Stößt und dadurch zusätzlichen ein Widerstand entsteht den man nicht messen kann? Weil normalerweise müsste ja durch 1,5 Ohm mehr Strom fließen als durch 2 Ohm.
5 Antworten
Wieviel Strom durch einen Widerstand fliesst, hängt nur von Spannung und Widerstand ab:
I = U/R
Die Quantentheorie ist hier nicht maßgebend. Wenn parallel Wege angeboten werden, teilt sich der Strom proportional zu den Leitwerten der Zweige auf - er geht nicht nur den Weg des kleinsten Widerstandes.
Man kann sich das grob so vorstellen:
Durch den blauen Widerstand muss ja nicht nur der 3A-Strom durch, der von unten kommt, sondern auch der 3A-Strom durch, der von oben kommt. Die beiden Teilströme müssen sich den blauen Widerstand teilen, so dass effektiv jeder Teilstrom effektiv nur die halbe Querschnittsfläche zur Verfügung hat, sich also für die einzelnen Teilströme der 0,5 Ohm Widerstand doppelt so groß (also wie ein 1 Ohm Widerstand) anfühlt. Und demnach ist 1 + 2 * 0,5 = 2, so dass der Teilstrom der über lila-blau fließt den gleichen Widerstand spürt wie der Strom der über grün fließt.
Das war jetzt nur grob zur Veranschaulichung und genau genommen nicht 100% korrekt ausgedrückt.
Man kann aber auch mit Hilfe der Kirchhoffschen Regeln konkret nachrechnen, dass die Werte stimmen.
Da hast du recht.
- Wenn man die Elektronen immer nur einzeln durchlässt, kann man kaum mehr von einem Strom sprechen.
- Wenn man einzelne Elektronen betrachtet so breiten sich die Wellenfunktionen entlang allen Wegen aus. Daraus resultiert für jeden Weg eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron den jeweiligen Weg nimmt. (Dabei breitet sich auch die Wellenfunktion oben und dann wieder nach unten über den weißen Widerstand aus. Was die wahrscheinlichkeit beeinflusst.)
- Das Kuriose: Wenn man beim gelben und weißen Widerstand misst, ob das Elektron durch den jeweiligen Widerstand geht und nur die Fälle betrachtet, bei denen das Elektron einmal durch den gelben und nicht durch den weißen Widerstand geht, so wird man merken, dass das Elektron wahrscheinlicher den lila-blauen Weg nimmt, anstatt den grünen Weg.
Beachte auch, dass es bei mehreren gleichzeitig fließenden Elektronen zu anderen Phänomenen kommen kann, als bei Elektronen die man einzeln nacheinander durchfließen lässt. Denn bei mehreren gleichzeitig fließenden Elektronen können die Elektronen miteinander interferieren.
Beispiel, das etwas von der beschriebenen Situation weggeht, aber zeigt, dass es zu unterschiedlichen Phänomenen kommen kann:
Wenn man zwei Elektronen gleichzeitig in Richtung der Mitte eine Zielscheibe abfeuert, so werden die Elektronen sich abstoßen und sich so gegenseitig nach außen weg beschleunigen, so dass sie wahrscheinlich nicht die Mitte treffen werden. Schießt man dagegen die Elektronen nacheinander einzeln in Richtung Mitte der Zielscheibe ab, werden sie wahrscheinlich die Mitte treffen, da sie sich gegenseitig dann nicht beeinflussen.
Genau das habe ich immer Vermutet! Danke für die Bestätigung.
Dann habe ich die Quantenmechanik glaube ich verstanden. Es ist also wie ein Doppelspaltexperiment nur als Elektroschaltung.
Wenn ich nach der ersten Abzweigung bei beiden Leitungen (weiss und gelber Widerstand) den Elektron messe. Und dadurch die Wellenfunktion an der Stelle zum kollabieren bringen. Dann beträgt die Wahrscheinlichkeit dass es durch den blauen Widerstand fließt höher. Also um ca. 66% und ohne diese Messung wäre es nur 50%.
Dann könnte man diese Schaltung nutzen, um einzelne Elektronen als Bits zu versenden. Falls ein Fremder Elektronen an der Leitung misst, wird es beim Empfänger erkannt durch die unwahrscheinliche Messhäufigkeit am blauen Widerstand. Fraglich ob das realisiert werden kann, und wieviele Elektronen maximal hintereinander durchfließen kann..
sorry- aber das ist absoluter Quatsch...
Der Strom beruht alleine auf den Kirchhoff'schen Regeln.
Durch den blauen Widerstand gehen ja auch die 3A von oben, das gibt einen "Gegendruck"...nicht isoliert betrachten, was nicht isoliert ist......das ganze Bild wäre nützlich gewesen....aber mit Quantenmechanik hats bestimmt nichts zu tun.
Gibt es diesen „Gegendruck“ von oben auch dann, wenn man nur ein einzelnes Elektron durch die Leitung fließen lässt?
Wäre das Elektron ein Teilchen dass sich bei jeder Abzweigung jeweils für einen Weg „entscheidet“ dann fließt es durch den blauen Widerstand ohne dass er den Querschnitt mit ein anderes Elektron teilen muss. Demnach wäre es von geringer Widerstand durch lila-blau (1+0,5) Ohm als durch grün 2 Ohm Widerstan durch zu fließen.
Weil dies ja in der Praxis aber nicht so ist, müsste man den Elektron als Welle definieren der immer durch alle Leitungen seine Welle schlägt. Darum vermute ist, dass es mit der Quantenmechanik, speziell Wellen-Teilchen Dualismus zu erklären ist.
In einem elektrischen Leiter gibt es immer nur eine Verschiebung Aller in ihm vorhandenen Elektronen. Einzelne Elektronen fliegen zB bei Röhrenbildschirmen durch die Gegend, was aber mit einem Elektrischen Leiter oder Widerstand herzlich wenig zu tun hat. Deine Gedankengänge sollten sich also an den realen Gegebenheiten orientieren...mit wenn und aber wäre noch vieles möglich...
Dein Bild ist zwar oben unvollständig, weswegen ich die Frage nicht beantworten kann (wie sieht die gesamte Schaltung aus - du hast ja nur einen Ausschnitt gepostet...), aber ich kann dir 100% versichern, dass der Stromfluss sich alleine aufgrund der Maschen und Knotengleichungen ergibt und keine Quantenmechanik benötigt.
GuteFrage App hat das Bild scheinbar diesen Ausschnitt selbst erzeugt, bzw. verkleinert.
Ich weiss dass man den Stromfluss mit der Maschenregel von Kirchhof berechnen lässt. Aber bei einzelnen Elektronen abgabe von der Batterie und der Messgeräte müsste es sich anders verhalten. Ansonsten würde es die Gesetze aus der Quantenphysik widersprechen. Schau dir mal das Doppelspaltexperiment an.
Oder die Heisenbergsche Unschärferelation. Man kann nicht Ort und Impuls gleichzeitig bestimmen. Die Messung eines Elektrons lässt den Impuls an dem Ort versetzen, an dem es gemessen wurde. Also statt aus der Batterie kommt der Impuls dann aus dem Messgerät, dadurch kann sich das Elektron nicht aus der ersten Abzweigung in zwei teilen und sich in der mitte vor dem blauen Widerstand treffen. Und als einzelnes Teilchen muss es sich keinen Querschnitt teilen was dann den Weg durch die Mitte mit geringer Widerstand durchlaufen kann.
Natürlich wird dies in Elektrotechnik nicht gelehrt, weil durch den Stromfluss von mehreren Elektronen pro Sekunde es anders verhält, und dies ist auch die Regel.
Für Interferenz sind diese Elektronen nicht kohärent - deine Gedanken kannst du (hier) vergessen.
Der Strom, der durch Widerstände fliesst, ist nicht durch die Quantentheorie bestimmt, sondern einfach durch das Ohmsche Gesetz:
I = U / R
Die Elektronen verhalten sich entsprechend einer Flüssigkeit, daher der Name Strom. Es ist ein makroskopischer Effekt. Die Quantentheorie ist hier fehl am Platz.
Ja an dieser Erklärung dachte ich auch.
Jedoch, wenn ich immer nur 1 Elektron vereinzelt durch die Leitung passieren lasse, so müsste sich das Elektron am blauen Widerstand den Querschnitt mit keine weiteren Elektronen teilen. Demnach wäre doch die Wahrscheinlichkeit größer, dass es den Weg durch lila-blau geht höher. Nicht nur deshalb dass diese Leitung 500mOhm geringer ist, sondern auch deshalb dass oben (1+2) Ohm Widerstand parallel geschalten sind. Somit wäre es rechnerisch nur 1 Ohm Widerstand statt über den grünen 2 Ohm Widerstand.
So zumindest die Vorstellung, wenn das Elektron als Teilchen betrachtet wird, dass sich immer nur einen zufälligen Weg entscheidet. Als eine Wellenfunktion in der das Elektron immer beide Wege nimmt sehe es dann aber anders aus.