Frage von Xyzundsoweiter, 178

Wechselstrom - Elektronen schwingen hin und her, und dann?

Ich verstehe leider nicht, was das bringen sollen, wenn die Elektronen im Wechselstrom hin und her schwingen - netto bewegen sie sich also gar nicht ?! Wie kann man dann beispielsweise eine Lampe anmachen, wenn da gar keine Elektronen durchfließen? Wobei das völlig paradox ist, weil eine Lampe die leuchtet muss ja einen heißen Draht haben, der wiederum durch die Bewegung der Elektronen entsteht... Das heißt ich hab gar kein Plan vom Wechselstrom Mechanismus

Antwort
von lks72, 105

Eine schöne Frage! In der Schule wird diese Problematik oft unter den Tisch gekehrt, nämlich die Frage: Wieso leuchtet eigentlich die Lampe, wenn doch der Strom immer hin und her fließt.

Um dies zu beantworten, muss man sich den Energiefluss von der Steckdose zur Lampe anschauen. Die Energiestromdichte wird mit dem sogenannten Poynting Vektor beschrieben, S = E x H (jeweils als Vektoren).

Stell dir einen Stromkreis vor, links eine Batterie (Pluspol oben) und rechts eine Lampe. Nun gehen wir in die obere Leitung. Um den Leiter herum herrscht ein magnetisches Feld, die H Feldlinien sind kreisfölrmig, recht Daumenregel: Daumen zeigt nach rechts, die gekrümmten Finger zeigen den Kreis um den Leiter herum an, zwischen den Kabeln zeigen die Finger also in das Blatt hinein (selbst mal ausprobieren). Das elektrische Feld zeigt einfach nach unten, nämlich vom oberen Kabel zum unteren. Du hast als nun folgendes:

E zeigt von oben nach unten , Daumen nach unten

H zeigt in das Blatt hinein, Zeigefinder nach hinten

Der Mittelfinger zeigt also nach rechts

Damit fließt die Energie von links nach rechts, also von der Steckdose in die Lampe, und zwar zwischen den Kabeln. Der Energieträger ist also das elektromagnetische Feld.

Nun drehen wir die Batterie um, der Strom fließt anders herum. Dadurch vertauschen sich die Richtungen von E Feld und H Feld, also Daumen nach oben und Zeigefinger nach vorne. Auch hier zeigt der Mittelfinger und damit der Energiefluss nach rechts.

Du siehst, egal, wie rum die Polung ist, die Enerige fließt immer von links nach rechts, immer von Batterie zur Lampe. Und deshalb funktioniert Wechselstrom auch.

Kommentar von Xyzundsoweiter ,

Danke für deine ausführliche Antwort. 

Kommentar von lks72 ,

Bitte

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Elektronik & Elektrotechnik, 96

leg mal die hände flach vor dir zusammen, fast so als ob du beten wolltest. und dann reibst du ganz schnell hin und her... die hände werden dabei ja auch warm. so und nicht anders ist es auch hier...

die bewegung hin und her ist ja auch eine bewegung. und außerdem steckt die energie nicht in den elektronen sondern im Strom. sprich in der bewegung der elektronen...

das ist wie mit dem großen felsen der oben an der Klippe steht... da ist jede menge energie drin gespeichert. fällt er runter, dann wird sie in kinetische energie gewandelt. und der arme coyote carl, auf der jagt nach dem roadrunner, der den felsen auf die birne bekommt, ist das beste beispiel für energieübertraugng...

lg, Anna

Antwort
von atoemlein, 66

Wesentlich ist, dass die Elektronen bei ihrer Bewegung Arbeit verrichten. Elektronen prallen mit den Atomrümpfen zusammen, dabei können sie einen Glühfaden einer Birne zum Glühen bringen.

Es ist egal, ob das immer die gleichen Elektronen sind, die x Mal an dieser Stelle hin und her gestossen werden, oder ob sie durch die Stromquelle wenden und immer aus der gliechen Richtung kommen (wie bei Gleichstrom).

So wie bei einer Hand-Säge, da kommen auch immer die gleichen Zacken, die hin und her gestossen werden, an der Schnittstelle vorbei und verrichten ihre Arbeit.
Das Analoge für Gleichstrom wäre eine Kreissäge oder Bandsäge, die immer in der gleichen Richtung dreht, aber irgendwann kommen auch die gleichen Zacken wieder vorbei.

Antwort
von dompfeifer, 82

Der Heizdraht wird bei Wechselstrom durch hin- und her fließende (schwingende) Elektronen beheizt, bei Gleichstrom durch gleichgerichtet fließende Elektronen. Der thermische Effekt ist absolut der gleiche. 

Bei Wechselstrom bewegen sich die Elektronen im Heizdraht auf der Stelle. Die müssen doch nicht fort laufen!

Antwort
von Daguett, 88

Bei Wechselstrom fließen die Elektronen je nach Frequenz zuerst in die eine, dann in die andere Richtung.

Beispiel Steckdose: für eine 50stel Sekunde fließt der Strom (d.h. die Elektronen) in die eine Richtung, dann kehrt sich die Polung um, und die Elektronen fließen in die andere Richtung.

Nimmt man jetzt noch die Lichtgeschwindigkeit hinzu, dann kommt man zu dem Schluß, das das Kabel höchstens 6000 km lang sein darf, damit am dessen Ende überhaupt noch Strom ankommt (50stel Sekunde) . Denn dann tritt nämlich die nächste Umpolung auf.

Antwort
von Flachsenker, 63

vil. hilft dir das Video zur Verdeutlichung ;)

Antwort
von Gerhardraet, 94

?? Wie Du richtig sagst, schwingen die Elektronen. Das führt zu erhöhter Bewegung der Materie (Atome...). Und höhere Bewegung heißt: Wärmer.

Kommentar von Xyzundsoweiter ,

Okay, aber um das zu verstehen, müsste ich noch wissen, wie die Elektronen denn überhaupt zur Lampe kommen? Also wenn sie sich netto nicht bewegen? Sind das dann die Elektronen von den Leitern? 

Kommentar von Gerhardraet ,

Beim Wechselstrom hat man einen "aktiven Draht" (Phase) und einen passiven Draht.

Der aktive Draht drückt die halbe Zeit Elektronen über die Lampe in den Passiven.

Und die halbe Zeit saugt er Elektronen über die Lampe zu sich her.

Kommentar von dompfeifer ,

Hallo Gerhardraet,

Beim Wechselstrom wechselt die Strömungsrichtung der Ladungsträger. Das hat überhaupt nichts mit "aktivem" und "passivem Draht" zu tun. 

Bei unserem europäischen öffentlichen Versorgungsnetz ist bei den Wohnungsinstallationen einer der beiden Leiter geerdet ("Nulleiter oder Neutralleiter"). Der ist nicht weniger aktiv als der ungeerdete Leiter, die "Phase" oder der "Außenleiter". 

Kommentar von Gerhardraet ,

Der Text von dompfeifer ist sehr unnötig und nur verwirrungsstiftend. Ich habe schon ganze Häuser verdrahtet und brauche keinerlei "Belehrung". Wie dompfeifer selbst wissen sollte besteht ein himmelweiter Unterschied zwischen Phase und Nulleiter. Ansonsten möge er erst die Phase anfassen. Und dann den Nulleiter, sofern er dann noch dazu in der Lage ist...

Kommentar von Reggid ,

Sind das dann die Elektronen von den Leitern? 

ja genau, das ist der punkt

.die elektronen sind vorher schon da. aber erst durch das anlegen einer spannung, also wenn du den schalter umlegst, beginnen sie zu schwingen und die lampe zu leuchten.

Kommentar von atoemlein ,

Die Elektronen müssen nicht "zur Lampe kommen".
Sie sind schon in der Lampe!

Jeder elektrische Leiter enthält freie Elektronen.
Und diese werden einfach durch die Stromquelle am Ende der Leitung "angeschoben", wobei sich fast gleichzeitig auch jene Elektronen in der Lampe zu bewegen beginnen!

Kommentar von Gerhardraet ,

Schrecklich, dieses absolut unnötige und Verwirrung stiftende Haar in der Suppe suchen. Der ganze Stromkreis haut nicht hin ohne einen geerdeten Nulleiter. Somit bewegt sich selbstverständich das "Elektronengas"  beim Stromfluß ein wenig von der Erde Richtung Lampe und dann wieder zurück. Daß das Elektron, das aus der Erde in den Nullleiter geht, beim Glühdraht ankommt, habe ich nie behauptet.

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