Wenn sich die Stromrichtung umkehrt, was kehrt sich dann auch um?
Ich habe keinen plan wie Physik funktioniert und ich bin am verzweifeln...kann mir bitte jemand sagen, was sich auch umkehrt, wenn sich die Stromrichtung umkehrt??
6 Antworten
Hallo, also der Strom ist eine gerichtete Bewegung von Ladungsträgern und wird sozusagen durch die Spannung "angetrieben", also es gibt eine physikalischer Stromrichtung, das ist die Richtung der Elektronen in Metallen und n-dotierten Halbleitern und die technische Stromrichtung, das ist die Richtung der Ionen und der Löcher in p-dotierten Halbleitern. Ist wie bei einer Reihe mit Taxis. Fährt das erste Weg und rücken die hinteren Wagen vor, so verlagert sich der Abstand zwischen den Wagen nach hinten...
Na überleg mal, das ist nicht schwer.
Es gibt Strom, Spannung und Widerstand. Der Widerstand hat keine Richtung, kann sich also nicht umkehren. Was bleibt übrig?
Wenn sich die Stromrichtung umkehrt
Man spricht zwar von der Stromrichtung, aber wenn man es genau nimmt, ist Strom ein Skalar, und Skalare haben allenfalls ein Vorzeichen (jedenfalls, wenn ihr Zahlenwert reell ist).
Im Gegensatz dazu ist die Stromdichte j⃑ beziehungsweise j oder |j› ein Vektor und hat eine Richtung.
Die Stromstärke I kann also nur ihr Vorzeichen wechseln, und das tut sie (jedenfalls in einem Gleichstromkreis oder einem Wechselstromkreis mit rein OHM'schem Widerstand) genau dann, wenn auch die Spannung
U = ΔV = V(Pol2) – V(Pol1)
(mit dem elektrischen Potential V) ihr Vorzeichen wechselt, also der Plus- zum Minuspol wird und umgekehrt.
Was dabei sich seine Richtung ändert, ist das Magnetfeld um den Leiter. Ströme und sich verändernde elektrische Felder erzeugen nämlich Ein Magnetfeld im sich herum.
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Strom ist die Menge an Ladung, die pro Zeiteinheit durch einen Leiterquerschnitt tritt. Der hat eine Fläche A, und diese Fläche kann man orientieren, insbesondere wenn der Querschnitt eben ist. Man definiert einfach einen Vektor (kann man sich als verschiebbaren Pfeil vorstellen) n⃑, n oder |n› (n wie „Normale“), der den Betrag 1 hat und senkrecht zum Querschnitt zeigt - in welche Richtung, kann man wählen.
Dann kann man den Flächenvektor
|A› = A|n›
definieren.
Wenn durch den Leiterquerschnitt Strom mit der durchschnittlichen Stromdichte |j̄› fließt, ist
I = ‹j̄|A› = ‹A|j̄›,
meist z.B.
A•j̄
geschrieben, das Skalarprodukt von |j̄› und |A›. Das funktioniert auch bei einem Schrägschnitt, den dann wird die Fläche größer, aber der zu |j̄› parallele Anteil, auf den es allein ankommt, bleibt gleich. Es ist negativ, wenn Stromdichte und Flächenvektor in tendenziell entgegengesetzte Richtungen zeigen.
Auch die Spannung ist ein Skalar. Man kann sie mit einem Höhenunterschied in Einem Gelände vergleichen. Der Höhe selbst entspricht das Potential V. Das stärkste Gefälle entspricht dabei der elektrischen Feldstärke |E›, die auch in Richtung des stärksten Potentialgefälles zeigt, im Leiter natürlich diesen entlang.
Dem halte ich entgegen: Der Stromdichtevektor j ist sehr wohl ein Vektor; und den meinen wir, wenn wir die Stromrichtung angeben. Mach dich z.B. schlau über das Bio-Savart-Gesetz
j = p v ( 1 )
Du siehst: Hier wird der j-Vektor mit dem v-Vektor gleich gesetzt. Und in der RT werden ( J ; p ) vereinheitlicht zum ===> Viererstrom ( Vierervektor )
Der Begriff " Spannung U " ist überhaupt nur in der Elektrostatik definiert; die 4 D E-Dynamik ist nicht die Verallgemeinerung der 3D ELEKTRO-sondern Magnetostatik. Und dann hast du das Viererpotenzial ( A ; U ) ===> Vektorbosonen.
@Gilgamesch
Dass |j› ein Vektor ist, habe ich selbst ausdrücklich gesagt. Deshalb habe ich ja auch diese Schreibweise gewählt. Was Ein Skalar ist, ist I.
Dass man die Spannung U eigentlich auch nur in der Elektrostatik sauber definieren kann, stimmt natürlich; dennoch wird im Stromkreis von Strom I und Spannung U geredet. Die Viererpotentiale sind natürlich auch richtig, hier aber wahrscheinlich Overkill.
Nett. Aber jemandem, der
"keinen plan wie Physik funktioniert"
hat, Vektoren, Skalare und griechische Haken um die Ohren zu schlagen, ist doch ziemlich verwegen.
Wenn der Strom seine Richtung ändert, kann folgendes passieren:
- Eine gemessene Spannung dort, wo der Strom durchfliesst, ändert ihr Vorzeichen. Das sieht man aber nur bei Digitalmessgeräten.Man sagt auch, dass die Polarität ändert.
- Elektronik funktioniert schlicht nicht mehr oder geht kaputt, wenn die Polarität verkehrt ist. Denn Halbleiter (Dioden, Transistoren) sind zwingend auf eine bestimmte Stromflussrichtung angewiesen.
- Wenn beim Entladen eines Akkus der Strom beim + herausfliesst, kann man ihn dort hineindrücken und damit wird der Akku geladen.
- Jeder Stromfluss erzeugt ein Magnetfeld, das ebenfalls eine Richtung hat: Nord-/Südpol. Wenn man den Stromfluss umdreht, ändert das Magnetfeld seine Ausrichtung, seine Pole vertauschen sich: Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt.
- Ein Elektromotor mit einem Permanentmagneten ändert deswegen seine Drehrichtung, wenn man den Strom verkehrt hindurchschickt.
Das alles gilt für Gleichstrom, der also grundsätzlich über längere Zeit in die gleiche Richtung fliesst.
Wechselstrom aus unserem Netz ändert seine Richtung 50x pro Sekunde hin und her, also 50x vorwärts und 50x rückwärts.
Ja natürlich das magnetische Feld. Sobald du einen Strom in einem Leiter hast wird ein Magnetfeld um ihn erzeugt. Dieses bewegt sich in eine bestimmte Richtung. Drehst du die Stromrichtung, drehst du gleichzeitig auch dieses Feld.
@atoemlein
Ich versuche zumindest anschaulich zu machen, was es mit Strom und Spannung auf sich hat. Das hat weiland mein Physikunterricht so nicht geleistet.
Deshalb, und weil die Stromstärke statt der Ladung im SI als Grundgröße gilt, habe ich lange keine rechte Beziehung zur „Elektrodramatik“ entwickelt.
Ich versuche, wenn ich von einem Vektor rede, immer dazuzuerklären, was das ist, nämlich eine Größe mit Richtung.