Was passiert wenn Strom "verbraucht" wird?
Hallo,
ich versuche für die Schule zu verstehen, wie Elektrotechnik funktioniert.
Wie Strom fließt und unter welchen Voraussetzungen weiß ich.
Was ich noch nicht verstehen kann ist, was mit den wandernden Elektronen in einem Stromkreislauf passiert wenn sie durch einen Verbraucher laufen und was in der Leitung nach dem Verbraucher passiert.
Also hier meine Fragen:
- Was macht so ein Endgerät wie z.B. eine Glühbirne oder ein Elektromotor mit den Elektronen?
- Was kommt hinter den Verbrauchergeräten wieder raus bzw. wo geht der "Verbrauchte Strom" oder Reststrom hin wenn er wieder zurück in die Steckdose geht?
- Wieso wird die Stromspannung größer, wenn eine Widerstand größer wird? (Nach der Formel U=RI soll die Spannung ja größer werden aber ist ein Wiederstand nicht zum Gegenteil da?)
MfG
11 Antworten
Stell dir zwei Becken Wasser vor, welche durch eine Leitung unter Wasser verbunden sind, welche man schliessen kann.
Am Anfang sind die beiden Becken gleich voll, es ist alles ausgeglichen.
Wenn du nun Wasser mit nem Eimer aus einem Becken raus holst und in den anderen Becken kippst fliesst das Wasser durch das Rohr wieder zurück, sodass die Becken am Ende wiederum ausgeglichen beide voll sind.
Wenn du nun das Rohr zu machst und dann Eimer um Eimer Wasser von einem Becken ins andere umfüllst wird das eine immer leerer, das andere immer voller, der Druckunterschied ist dann das was beim Strom die Spannung ist.
Mit dem Druckunterschied, also der Drang des Wassers von ein Becken zum anderen zu fliessen, kann man nun ein Wasserrad antreiben - man nutzt das fliessende Wasser.
Das Wasser ändert sich dadurch aber nicht, es wird auch nicht verbraucht.
Was dabei verbraucht wird ist die unterschiedliche Füllhöhe der beiden Becken, denn wenn das Wasser vom vollen zum leeren Becken fliesst, lässt der Druck nach, bis dann irgendwann wieder beide Becken gleich voll sind.
Genauso ist es beim Strom. Es fliesst nicht einfach nur im Kreis. Beim Beispiel der Batterie gibt es eine Kammer mit sehr vielen Elektronen und eine Kammer mit sehr wenigen Elektronen (seeeeeehr vereinfacht ausgedrückt) und die Elektronen haben den Drang die Kammer zu wechseln, können das aber nicht so einfach. Erst wenn man einen Stromkreis schliesst können die Elektronen den Kreis entlang von der einen Seite der Batterie in die andere Seite fliessen, dabei dann unterwegs noch andere Sachen tun, bis keine Elektronen mehr auf die andere Seite der Batterie wollen, die Batterie ist erschöpft.
Zu deiner Frage nochmal genauer:
- Die Elektronen wandern einfach nur vorbei. In der Glühbirne erwärmen sie den Draht, sodass er glüht und im Motor fliessen sie sehr oft im Kreis und erzeugen eine magnetische Kraft, die den Motor antreibt.
- Wo der Strom hingeht hängt von der Stromquelle ab. Denke meistens geht er wieder zurück zum Kraftwerk. Kraftwerke können entweder Dipole herstellen, also eine Überspannung und eine Unterspannung und beide zusammen geschlossen ergeben einen Stromfluss. Oder nur eine Überspannung oder nur eine Unterspannung, welche man an die Erde anschliessen kann sodass die Elektronen von Stromquelle in die Erde oder umgekehrt fliessen.
- Ein Widerstand kannst du dir vorstellen wie ein enges Loch durch das Wasser fliessen muss. Wenn innerhalb eines festen Zeitraums die gleiche Menge Wasser durch ein kleineres Loch soll, dann geht das nur, indem man mit mehr Druck das Wasser eben durch dieses Loch drückt.
Stell dir vor du stehst in einem Bächlein, welches von einem Stausee abgelassen wird, dann biste froh, dass die Saumauer noch so viel Widerstand bietet gegen die Wassermassen, denn wenn diese nicht gegen die Wassermassen halten, kommt ALLES Wasser auf DICH - und das wäre gefährlich.
Auf der andere Seite der Mauer ist es ähnlich - solange das Wasser grösstenteils steht kannste drin schwimmen, aber wenn die Staumauer wegbrechen würde, würde es dich davonspülen.
Genauso ist es beim Widerstand: es bremst den Strom beim fliessen ab.
Wozu man das braucht?
Nun, dafür muss man zwei verschiedene Arten von Stromquellen betrachten: solche, die an sich einen Konstantenstromfluss hat - da führt dann ein Widerstand nur dazu, dass sich Spannung aufbaut - davon hat man nicht sooo viel.
Die meisten Stromquellen haben aber eine an sich konstante Spannung. Kannste dir vorstellen, wie zwei Becken, wo ganz viele Arbeiter jedes bisschen Wasser von einem Becken zum anderen bringen - sodass das eine Becken quasi die ganze Zeit voll ist und das andere quasi die ganze Zeit leer. Da hat der Widerstand den selben Zweck wie beim Wasserhahn: wenn der Widerstand verringert = der Hahn aufgedreht wird, fliesst mehr Wasser pro Zeit und wenn man ihn zudreht, damit den Widerstand erhöht fliesst weniger Wasser.
Eine Glühbirne ist ja ein glühender Draht und wenn man zu viel Spannung drauf gibt, also auch zu viel strom pro Zeit durchfliessen lässt, glüht die Birne durch. Wenn man einen passenden Widerstand mit in den Kreislauf schaltet, fliesst weniger Strom durch Widerstand und Birne - sie bleibt heil oder wird sogar dunkler.
Alle Angaben vereinfacht und auch nur innerhalb gewisser Grenzen gültig^^
Eigentlich super erklärt, allerdings zu 3
die Elektronen, die meine Lampe leuchten lassen, haben das Kraftwerk nie gesehen! Sie waren schon vorher im Draht und werden von den Kollegen vor und hinter sich hin und her geschubst! (Die Armen...)
Und so lernen diejenigen Elektronen, die Armen, nie die Aussenwelt kennen und müssen sich nach der angelegten Spannung im Rythmus der Netzfrequenz hin und her drängen, je höher die treibende Spannung, umso dichter das Gedränge. Und wenn ihnen die Spannung zu hoch wird, ergreifen manche die Flucht nach aussen über die Lichtbogen-Strasse. "Zisch"!
GELL, so ist es !
Wenn Du dich wirklich interessierst, dann lies " Du und die Elektrizität" in einer neueren Ausgabe. Da ist echt alles super erklärt, viel viel besser, als es so mancher Lehrer tun kann, oft in lustigen Andekdoten und es sind viele nette Cartoons dabei. Fat mir damals sehr geholfen.
Der Strom wird nur in eine andere Energieform umgewandelt. Bei einem Motor z.B. in Bewegungsenergie, bei einer Glühlampe in Wärmeenergie, und eine LED z.B. bringt er zu leuchten. Es wird nur soviel Energie entnommen, wie benötigt wird. Energie kann aber auch nicht verloren gehen, er wandelt sich nur in eine andere Energieform um.
Strom wird nie "verbraucht". Leider gibt es da viele populäre Ausdrücke, die physikalisch Quatsch sind.
Die fliessenden Elektronen verrichten ihre Arbeit, indem sie von der Spannung (dem "elektrischen Druck") durch die Leitung und durch Engstellen (Widerstände, "Verbraucher") gepresst werden (wie Wasser durch einen Gartenschlauch).
Oder stell dir eine Säge vor, die ein Holzstück zersägt. Auch da wird durch die Bewegung Arbeit verrichtet, ohne dass dabei die Säge "verbraucht" wird.
Zu deinen Fragen:
- Das "Endgerät", oft leider als "Verbraucher" bezeichnet, macht nur aus der Elektronenbewegung etwas Brauchbares. Z.B. Licht oder Bewegung. Das Gerät muss einfach genau für diesen Zweck gebaut sein. Das Gerät verbraucht aber nicht den "Strom", sondern eigentlich die "Spannung". Das heisst, die Spannung, der "Druck der Elektronen", ist nach dem Gerät schwächer, so dass man den Strom wieder mit der Spannung aus der Quelle auf Touren bringen muss. Aber es sind immer noch alle Elektronen vorhanden.
- Eben, der Strom fliesst vollständig zurück zu Quelle. Wenn die Quelle inaktiv ist, käme der ganze Strom sofort zum Stillstand. Aber die Quelle ist wie eine Pumpe, und drückt den Strom wieder zum Gerät. Deshalb ist es ein Stromkreis. Eigentlich werden immer wieder die gleichen Elektronen auf die Runde geschickt (bei Gleichstrom). Und bei Wechselstrom werden sie immer hin- und hergezogen. Wie bei einer Säge (oder um den Kreis zu haben, wie bei einer Seil-Säge oder Band-Säge.
- Die Spannung (der "Druck") wird nicht von selber grösser! Aber wenn da mehr Widerstand (R) ist (z.B. jemand "auf dem Schlauch steht"), dann braucht es mehr Druck, also mehr Spannung (U), um den gleichen Stromfluss (I) aufrecht zu erhalten! Das sagt das Ohm'sche Gesetz. Umgekehrt senkt ein Widerstand bei konstanter Spannung natürlich den Stromfluss.
Zu 3)
Den Begriff "Stromspannung" gibt es nicht wirklich.
Den Zusammenhang U = I * R hast du ja schon erkannt.
Du musst nun unterscheiden, ob du eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle hast.
Ein Spannungsquelle liefert (idealerweise) immer ein konstante Spannung. Wenn du diese an den Widerstand anlegst, so stellt sich in deinem Stromkreis der Strom I gemäß I = U/R ein. Das heißt, um so größer die Spannung, umso größer der Strom, um so größer der Widerstand, um so kleiner der Strom.
Wenn du nun den Widerstand an eine Stromquelle anschließt, so fällt über den Widerstand die Spannung U = I * R ab. Hier gilt das, was du vermutlich meinst: bei konstantem Strom ist die abfallende Spannung am Widerstand um so größer, um so größer der Widerstand ist.
Die im Alltag üblichen Quellen (Steckdose, Batterie, Akku, ...) sind Spannungsquellen.
Vielen, viel Dank für die ausführliche Antwort das hat mir sehr geholfen!
Eine Frage hab ich noch zu der 3.:
Wenn man einen Wiederstand benutzt reduziert dieser ja die elektrische Stromstärke, sprich das einzige was verstärkt wird ist die Spannung aber wozu braucht man dann einen Wiederstand? Also wozu brauch man diesen Loch?
Hängt das mit dem Verbraucher zusammen damit dieser nicht zu viel Strom von der Stromquelle bekommt als er brauch?