Frage von 0xDEADBEEF, 236

Was genau bedeutet die "technische Stromrichtung", wenn Elektronen doch nur von Minus nach Plus wandern?

Grüsse Euch

Ich verzweifle ehrlichgesagt langsam an dieser Frage. Ich verstehe einfach immer noch nicht - und ich habe mitlerweile ca. 15 gute Theorien aufgebaut - was denn die technische Stromrichtung nun ist. Ich bin nun zum Entschluss gekommen, dass die technische Stromrichtung fiktiv ist, da ja die Elektronen von Minus zu Plus wandern und von Plus nach Minus nichts wandert. Nun, ich weiss das dieser Mindfuck historisch bedingt ist, aber mir geht einfach kein Licht auf, was denn nun wirklich exakt stimmt.

Also: Wenn man z.B. einen Schaltplan anschaut, und dort dann ein Pluszeichen sieht, müsste dieses doch rein fiktiv sein und eigentlich durch ein Minuszeichen ersetzt werden und das Minuszeichen im Schaltplan dann durch ein Pluszeichen. Ist das so? Oder was hat es denn nur mit dieser technischen Stromrichtung auf sich, die ja irrtümlicherweise angenommen wurde, und die Elektronen ja von Minus nach Plus wandern, und genau diese Wanderung ja STROM ist.

Versinnbildlichen wir mal folgendes Szenario: Ich fasse in einer Schaltung die Leitung der technischen Stromrichtung an, die mit "+" gekennzeichnet ist. Da ich mit dem Körper geerdet bin, müsste es mir eigentlich eins Wischen. Das würde aus technischer Sicht wohl Sinn machen (Strom von + nach Minus, und ich fasse Plus an, dort liegt auch die Spannung, bei Minus nicht). Aus Physikalischer sicht macht es dann wohl auch Sinn: die Elektronen fliessen dort wo die Hand liegt, sie fliessen aber von Minus nach Plus (und nur in der Schaltung sieht es aus, als ob sie von Plus nach Minus fliessen.

In einem einfachen Satz würde dies also wirklich bedeuten, dass sämtliche Schaltpläne so zu verstehen sind, dass wo ein Pluszeichen zu sehen ist, eigentlich der physikalische und somit korrekte Minuspol gemeint ist. Beim Minuspol in der Schaltung halt eben das gleiche Umkehrspiel.

Somit stellt sich nun die Frage ob ich das so richtig sehe. Wenn nein, dann bitte erlöst mich endlich von diesem Mindfuck "technische Stromrichtung", da Protonen sich ja nicht von Plus nach Minus bewegen. Die bewegen sich ja nie. Somit bleibt in meiner Vorstellung immer: Elektronen sind die einzigen Teilchen die sich in einem Leiter bewegen, das als Strom bezeichnet wird, und eben von - nach +

So, WTF ist technische Stromrichtung, wenn nichts von + nach - transportiert wird? :-) Danke Euch im Voraus.

Antwort
von atoemlein, 140

Moment! Grosses Wirrwarr, tatsächlich.

Mal vorweg:
Mit "anfassen" und "eins wischen" und "erden" hat die Definition der Stromrichtung nichts zu tun!

Einiges hast du schon richtig verstanden, anderes nicht :

  • Stromrichtung spielt nur bei Gleichstrom eine Rolle
  • Stromrichtung wird immer in der Schaltung betrachtet, also ausserhalb der Batterie oder Quelle.
  • + und - zeigen die Orte des Potentials an (auch das eine alte Definition).
    + ist höher als - .
  • Nimm die technische Stromrichtung einfach als Modellvorstellung.
    Sie geht halt von nicht existenten positiven Ladungsträgern aus, die eben vom hohen Potential (PLUS) der Batterie durch den Verbraucher oder die Schaltung zum tiefen Potential (MINUS) fliessen.
    So wie ein Bach immer vom Berg oben nach unten ins Tal fliesst, nie umgekehrt.
    (Bei den Halbleitern hat diese Modell-Betrachtung noch ihre Berechtigung, weil man dort auch von Löcher-Leitung spricht, da wandern also positiv geladene Löcher, also Fehlstellen von Elektronen, entgegen der Elektronenrichtung).
  • Technische Stromrichtung ist also nichts Reales. Sie ist nur noch "nötig", damit all die alten Regeln mit Magnetfeldlinien, elektrischen Feldrichtungen, Schaltplansymbolen und so noch ihre Daseinsberechtigung haben.
  • Physikalisch weiss man seit längerem, dass das Unsinn ist, weil im Metall eben nur die negativen Elektronen wandern können.
    Diese werden tatsächlich beim Minuspol der Batterie losgeschickt ("abgestossen", minus und minus stossen sich ab), und wandern durch die Schaltung zum Pluspol der Batterie, wo sie angezogen werden.
    Also so, wie wenn das Wasser im Bach eine negative Masse hätte und den Berg hochfliessen würde.
  • In der Quelle oder Batterie ist natürlich alles umgekehrt!
    Da fliessen die Elektronen vom Plus intern wieder zum Minus.
    (Und die technische Stromrichtung führt in der Batterie vom Minus zum Plus.)
  • => Nein: Wenn du in einem Schaltplan ein Plus siehst, ist dort jener Pol mit dem  höheren Potential und damit der korrekte Pluspol, nicht minus. Und der Pluspol
    • zieht die Elektronen an, die vom Minuspol her kommen, 
    • oder ist der Startpunkt des Stroms, wenn man die Technische Stromrichtung betrachtet.

  • Noch schnell zur Elektrisierungshypothese:
  • Wenn du das Minus anfasst, wischt es dir nur dann einen, wenn das Plus geerdet ist (und du schlecht isoliert auf dieser "Erde" stehts und die Spannung hoch genug ist)
  • Genau das gleiche passiert, wenn du das Plus anfasst und das Minus geerdet ist! Dann fliesst der Elektrisierungsstrom (die Elektronen) einfach von den Füssen her durch den Körper zur Hand. Aber das macht bezüglich Empfindung und Wirkung keinen Unterschied!
  • Oft passiert gar nichts, weil viele Schaltungen oder Geräte mit Kleinspannung erdfrei sind und vor allem weil die vorhandenen Spannungen bei Elektronik meist zu klein sind (deutlich unter 50V).



Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Hallo atoemlein

Zunächst einmal vielen lieben Dank für Deine so ausführliche Antwort. Ich schätze Deine Mühe sehr und natürlich auch die der Anderen :).

Alles was Du so schreibst verstehe ich, und ja, es macht auch Sinn. Nur die Frage mit der technischen Stromrichtung will mir einfach nicht einleuchten. Ich vermute einfach mal, dass mir etwas elementares für das Verständnis einfach fehlt, und ich die Dinge aus einem falschen Blickwinkel betrachte und in meiner Fantasie möglicherweise eine teilweise korrekte Sicht erzeuge.

Du betonst das die technische Stromrichtung nur bei Gleichstrom eine Rolle spiel. Das ist ein gutes Stichwort. Lass uns doch in diesem Sinne eine klassische - nicht wiederaufladbare - Batterie als Beispiel heranziehen. Diese produziert ja Gleichstrom oder synonym auch Gleichspannung, in der aber in einem geschlossenen Kreislauf die Elektronen ja auch von "-" nach "+" wandern. Dazu kurz ein Video, welches dies veranschaulicht:

https://www.youtube.com/watch?v=rtwJy_bYwIw

Nun ist es so, dass in diesem Video eine einfache Schaltung demonstriert wird, und zwar mit einer Glühbirne als Widerstand. Für mich macht es hier also durchaus Sinn, dass:

a) Die Elektronen von "-" nach "+" wandern (Potenzialdifferenzausgleich, ja?), und...

b) Das die Glühbirne leuchtet. Warum? Weil es der Glühbirne ja egal ist, aus welcher Richtung die Elektronen kommen und somit der Strom deren und die daraus folgende logische Konsequenz der Energie. Somit gehen die Elektronen von "-" nach "+", geben ihre Energie am Draht der Glühbirne ab, wandern aber weiter, bis an "+" das Potenzial ausgeglichen ist.

Soweit komme ich mit und eine solche einfache Schaltung macht für mich dann Sinn. Was ich nun aber nicht verstehe ist: Warum man (auch in dieser Beispielschaltung) eine technische Stromrichtung von "+" nach "-" hat. Es fliesst doch von Plus nach Minus nichts, oder etwa doch? Die Energie kommt doch von Minus und ntsteht doch von den Elektronen. Wenn die nun also von Minus kommen und bei Plus enden, wie soll das dann zu verstehen sein?

Wenn ich also eine Schaltung anschaue, denke ich mir: "Okay, bei Plus startet also der Strom und fliesst zu Minus. Alles was im Weg zu Minus steht, wird mit Energie versorgt, Abgebremst, oder was auch immer". So verstehe ich die Schaltung, die nur dann funktioniert, wenn der Strom so fliesst, wie eingezeichnet. Da nun ja aber physikalisch ja alles umgekehrt ist, leuchtet es mir einfach nicht ein, wieso:

a) Eine Schaltung überhaupt funktioniert, und...

b) Es die technische Stromrichtung überhaupt gibt.

Wie gesagt, ich habe viele Theorien, doch keine Belegung. Eine dieser Theorien - als beispiel - wäre, dass die Schaltung (und somit die Bauteile), die Richtung der Elektronen in die gewünschte Richtung ändern können, so dass Elektronen IM SCHALTKREIS tatsächlich mal von Plus nach Minus wandern. Das ist aber sehr wirr und macht einfach auch keinen richtigen Sinn, oder doch?

Oh man.... :-//

Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Warte mal.... Ist es so, dass der Pluspol einer Schaltung mit dem Minuspol einer Stromquelle (z.B. Batterie), verbunden wird, und der Minuspol einer Schaltung mit dem Pluspol einer Stromquelle verbunden wird? Dann macht es natürlich Sinn, einfach alles.

So gesehen ist es auch ein geschlossener Kreislauf, nur das dann tatsächlich technisch gesehen etwas von Plus nach Minus geht, physikalisch aber ist es so das vom Minuspol einer Batterie, die Elektronen vom Pluspol einer Schaltung angezogen werden und ihre Wanderung durch die Schaltung zum Minuspol der Schaltung geht, dort werden sie dann aber weiters von dem Pluspol der Batterie angezogen, dass die Reise ein physikalisch korrektes Ende findet.

Hab ichs, hab ichs? Jaaa? :-)))

Kommentar von atoemlein ,

Zu deinen beiden Kommentaren:

Zitat:
Was ich nun aber nicht verstehe ist: Warum man (auch in dieser
Beispielschaltung) eine technische Stromrichtung von "+" nach "-" hat. Es fliesst doch von Plus nach Minus nichts, oder etwa doch?

Nein, es fliesst nichts von Plus nach Minus.
Und ja, die Energie kommt so gesehen vom Minus her geflossen, und die Umwandlung in eine andere Energieform geschieht, weil die Elektronen auf ihrem Weg Arbeit verrichten, sich z.B. durch einen engen Glühwendel quetschen müssen und diesen dabei erhitzen.

Das ist genau so zu verstehen wie im Video zitiert:
Die Elektronen haben einen "hohen Druck" im Minuspol, vergleichbar mit einem Vorrats- oder Speichersee für Wasserkraftwerke. Das Wasser will und kann nur runter (Elektronen wollen zum Plus). Dort "bleiben sie quasi, und wenn die Batterie "leer" ist, ist fertig.
Bei Netzgeräten wird einfach alles, was bei Plus ankommt, gleich wieder zum Minus rüber"gepumpt", also in den Speichersee hochgepumpt.
Eine Strom- oder Spannungsquelle ist eine "Elektronenpumpe".


Zitat:
... leuchtet es mir einfach nicht ein, wieso:
a) Eine Schaltung überhaupt funktioniert, und...
b) Es die technische Stromrichtung überhaupt gibt.

Zuerst zu b)
Es "gibt" sie nicht! Sie sit ein reines Hirngespinst. Eine Krücke, um gewisse Phönomene etwas einfacher erklären zu können. Sie hat keine reale physikalische Bedeutung. Am besten vergisst du sie.
Es fliesst nichts von Plus nach Minus.
Man "braucht" sie höchstens, um eben gewisse Phänomene einfacher zu deuten (die man einfach umdeuten müsste, wenn man negative Ladungsträger hat).

Zu a)

Dass es einer Glühbirne oder einem Heizwendel egal ist, aus welcher Richtung der Strom (die Elektronen) kommen, hast du ja verstanden.
Bei Elektronik (insb. Halbleitern) spielt natürich die Polarität eine Rolle. Verkehrt funktionieren sie nicht. Aber die Elektronik ist eben genau so konzipiert, dass die Elektronen quasi von unten in die Schaltung reinfliessen und oben beim Plus die Schaltung wieder verlassen. Das einzige, was verwirrt, ist dann eben vielleicht ein "verkehrtes" Symbol einer Diode (die in die technische Stromrichtung zeigt), oder die Strompfeile, die man in die Schaltung einzeichnet.
Es steht dir im Prinzip völlig frei, die Stromrichtung identisch mit der Elektronenflussrichtung festzulegen und einzuzeichnen! Es ist halt einfach unüblich und kann seinerseits bei Technikern zu Verwirrung führen. So würde dann ein Spannungspfeil (der eben vom höheren zum tieferen Potential zeigt) entgegen der (echten) Stromrichtung zeigen.
Irrigerweise zeichnet man ja sogar bei Wechselstrom Spannungs- und Stromrichtungspfeile ein, wo es eigentlich null Sinn macht!


Zitat:
Warte mal.... Ist es so, dass der Pluspol einer Schaltung mit dem Minuspol einer Stromquelle (z.B. Batterie), verbunden wird, und der Minuspol einer Schaltung mit dem Pluspol einer Stromquelle verbunden wird?

NEIN! Definitiv nicht. Der Pluspol einer Schaltung ist so festgelegt, dass dort der Pluspol der Quelle anzuhängen ist.
Auch das reine Willkür. Einfach so festgelegt. Konvention. Basta.


Deinen letzten Abschnitt verstehe ich nicht ganz.
Zitat:
So gesehen ist es auch ein geschlossener Kreislauf ... dass die Reise ein physikalisch korrektes Ende findet.

Der Kreislauf ist nur für die Elektronen geschlossen zu sein. Für nichts anderes. Und dann fängt er beim Minus der Quelle an, geht durch den Verbraucher oder die Schaltung und endet beim Plus.

  • Bei der Batterie quasi aus einem Vorratsgefäss beim Minus, bis die Batterie leer ist. (Der Ausgleich - oder "Kreislauf" - im Innern der Batterie passiert über die chemischen Reaktionen an den Elektroden, wo Elektronen freigesetzt (minus) werden oder absorbiert (plus) werden.
  • Bei Netzgeräten werden die Elektronen tatsächlich physisch im Kreis herum gepumpt.
Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Nochmals herzlichen Dank für Deine Mühe. Du schreibst wirklich sehr gut und verstehst es die Dinge zu erklären. Ich verstehe auch alles was Du schreibst und erläuterst...

...aber leider verstehe ich eine einzige Sache - und damit die signifikante - noch nicht wirklich. Ich versuche es an einem sehr simplen Beispiel zu beschreiben.

Gehen wir von einer einfachen Reihenschaltung aus. Diese hat nur wenige Bauteile, sagen wir mal einen Widerstand, einen Kondensator, eine Diode und einen Transistor. Mal ganz davon abgesehen das die Schaltung keinen Sinn machen muss.

So. Nun setzt ja mindestens ein Bauteil eine korrekte Stromrichtung voraus, welches dann (und somit die Schaltung) nur funktioniert, wenn es richtig herum eingebaut wird.

Als nächstes gehen wir mit der Fantasie ins Jahr 18XX zurück. Dort baut ein Mensch - welcher der Annahme ist, dass der Strom von Plus nach Minus führt - ein elektronisches Gerät mit oben genannter Schaltung und derer Bauteile. Am Ende stellt sich heraus, dass das Gerät auch funktioniert, obschon der Strom von Minus zu Plus fliesst und mindestens einer der Bauteile von der korrekten Polarität abhängig ist. Der Erbauer weiss nur nichts davon, dass der Stromfluss in die eigentlich entgegengesetzte Richtung fliesst, und obwohl eines der Bauteile eine korrekte Richtung voraussetzt, funktioniert die Schaltung.

Genau das verstehe ich einfach nicht. Wie kann man mit einer falschen Annahme ans Ziel kommen?

Wenn ich bei einem Marathon am Start rückwärts beginne zu laufen, komme ich bedingt durch die vorgegebene Strecke umgekehrt auch ans Ziel. Der signifikante Unterschied zu einem logischen Beginn ist, dass alles was auf der Strecke ist, mir umgekehrt im Weg steht. Eine Brücke auf der marathon Strecke kann ich vorwärts wie auch rückwärts begehen. Wenn aber auf der Strecke ein Felsspalt mit Höhenunterschied ist (symbolisch für ein Bauteil, dass eine korrekte Polarität voraussetzt), dann würde ich beim Rückwärts gehen in die Schlucht fallen (Schaltung funktioniert dann nicht), beim vorwärts gehen kann ich vom höheren Punkt einfach auf den niedrigeren Punkt hüpfen, und weiterlaufen (wie ein funktionierender Kreislauf).

Ich hoffe Du verstehst wie ich das meine.

Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Mir fällt noch etwas ein, was hervorragend zum obigen past:

Nebst gewissen Bauteilen, die eine korrekte Polarität voraussetzen, spielt die Reihenfolge der Bauteile doch auch eine Rolle, nicht?

Wenn ich in einer Reihenschaltung einen Kondensator vor einem Widerstand einbaue, beeinflusst dies ja die Elektronen anders, als wenn es umgekehrt eingebaut wird. Mit anderen Bauteilen genau so. Eine Sicherung nach einem Widerstand, würde doch wenig Sinn machen. So musste man doch auch das damals wissen.

Diese Logik ergibt mir eigentlich nur eine einzige Schlussfolgerung: Von welcher "Seite" der Strom kommt, wusste man auch schon damals, nur hat man der "Seite" irrtümlicherweise ein "+" vergeben und der anderen "Seite" das "-". Aber das ist doch bekloppt, dann sind heute ja alle Pole, insbesondere die der Batterien ja falsch beschriftet.

Antwort
von germi031982, 105

Die Ansicht in der Technik das Strom von Plus nach Masse (Minus) fließt ist historisch bedingt. Als das festgelegt wurde, wusste man noch nichts von frei beweglichen Ladungsträgern (Elektronen) in Stromleitern. Man konnte lediglich die Änderungen im Magnetfeld messen die durch den fließenden Strom verursacht wurden, und die gehen von Plus nach Minus. Man dachte damals wohl auch das sich da irgendwelche Ionen drin bewegen in den Kabeln, sind aber wie gesagt Elektronen. Und die bewegen sich nicht direkt, sondern sind frei beweglich. Also bei einem Stromfluss wird hinten am Kabel ein Elektron "reingedrückt" und vorn bewegt sich dann das erste Elektron raus aus dem Kabel zum Verbraucher. So wandern die Elektronen Stück für Stück immer um eine Position im Leitermaterial weiter. Je schneller das geht, desto mehr Strom fließt. Das ist natürlich nur eine vereinfachte Erklärung.

Antwort
von Dhalwim, 45

0xDEADBEEF,

Ganz simpel, die Technische Stromrichtung, ist von Plus nach Minus.

Die Physikalische Stromrichtung, ist von Minus nach Plus (Tatsächliche Elektronenbewegung).

Das wurde irgendwann mal genormt, und durchgesetzt. Warum das so war, frag mich nicht, Ich weiß es nicht. Hinzuzufügen gilt, dass das nur für den Gleichstrom gilt, weil dieser keine Frequenz besitzt (Elektronen hin und her).

Das Beispiel mit der Erdung ist korrekt, eigentlich fließen die Elektronen von Minus nach Plus (Physikalische Stromrichtung). Aber wie gesagt laut Technischer Stromrichtung, ist sie nun mal von + nach - (wobei die Physikalische mehr Sinn ergibt).

LG Dhalwim ;) :D

Antwort
von HansH41, 33

Du hast nochmals gefragt, obwohl du so viele richtige Antworten bekommen hast.

Ich kann nur noch hinzufügen:

Als man die Stromrichtung definiert hat - von Plus nach Minus - da hat man leider die falsche von zwei Möglichkeiten gewählt. Man kannte die Elektronen noch nicht. Und jetzt nennt man die damals gewählte "falsche" Richtung einfach "technische Stromrichtung".


Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Hallo Hans. Danke für Deinen Beitrag. Und ja, Du hast schon Recht, es gibt viele gute und korrekte Antworten, welche jedoch mir die Frage aber nicht zu 100% genau beantworten. Unklar ist eben nach wie vor, wieso die technische Stromrichtung denn bei der Einzeichnung funktioniert. Der Layoutdesigner gibt die Polarisation mit + und - in seinem Schaltplan an, doch die Elektronen bewegen sich ja genau in die entgegengesetzte Richtung, und doch funktioniert dann die Schaltung.

Wie ich bereits in einem anderen Beitrag kommentiert habe, ist doch für eine Schaltung die exakte Stromrichtung (physikalisch) doch ausschlaggebend, ob die Schaltung funktioniert. Ausser jetzt bei sowas wie, eine Glühbirne zum Leuchten bringen. Dann spielt die Richtung keine Rolle.

Wenn nun aber eine komplizierte Schaltung - welche nur dann funktioniert, wenn die Elektronen in eine Richtung fliessen - stimmt doch das ganze Schema des Schaltplan nicht, weil dort ja Plus nach Minus angegeben wird....

Kommentar von 0xDEADBEEF ,

Ich bin leider noch immer nicht erleuchtet :)

Antwort
von Missingo1996, 69

Deine Annahme ist nicht ganz richtig.

Ja, die Elektronen sind die einzig frei beweglichen Teilchen im Leiter und ihre Bewegung ist der Strom, ihre Differenz ist die Spannung. Die Elektronen fließen von "-" nach "+".

In denn Schaltplänen ist die Polung "+" jedoch nicht falsch und stimmt. Jedoch wird in Schaltplänen der Strom so eingezeichnet das er von "+" nach "-" fliest was falsch ist, es ist genau umgekehrt.

Darum hast es ja auch technische STROMrichtung.

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Elektrik, Elektronik, Elektrotechnik, ..., 37

also das mit dem stromschlag hat mit der teschnischen stromrichtung nichts zu tun. den kriegst du, egal in welche richtung er nun fließen mag. es muss eben ein geschlossener stromkreis gebildet werden. so lange also eine seite des stromkreises mit der erdung verbunden ist, hier ist egal welche, dann kann man sich entsprechend an der anderen seite einen stromschlag holen!

was die tatsächliche und die teshcnische stromrichtung betrifft, das ist historisch bedingt. wurde damals also mehr oder weniger willkührlich festgelet. genau wie die uhr, die rechts rum tickt... ehe man sich also wirklich angefangen hat, darüber gedanken zu machen, ist einfach so viel zeit vergangen, dass man dem volk nicht mehr zumuten wollte, sich das alles neu zurecht zu legen...

lg, Anna

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