Wie kann Strom einen Herd erhitzten?
Der Strom bestehtja nur aus fließenden Elektronen. Wie können die einen Herd erhitzen. Bitte ausführlich erklärt.
8 Antworten
Ganz einfach:
Dicke Leitung = Autubahn, wenig Widerstand und Platz für viele Elektronen.
Dünne Leitung = Klein Dorfstraße, mehr Widerstand
Metall ist auf atomarer Ebene in einer sog. Kristallgitterstruktur aufgebaut. Darin sind freie Elektronen, die, wie der Name sagt, frei beweglich sind (warum das hier so ist und wie die Kristallgitterstruktur funktioniert -> Google vor it^^).
Diese Elektronen werden von der Spannungsquelle (Volt) in eine bestimmte Richtung getrieben, wodurch Strom (A) entsteht.
Die Elektronen reiben dabei an den Atomen. an denen sie dabei vorbei fließen. Dadurch entsteht Wärme und sie werden ausgebremst (Widerstand, Ohm).
In der Herdplatte ist die "Leitung" (Heizschlange) absichtlich sehr viel dünner als die Stromleitung, die den Strom von der Spannungsquelle zur Herdplatte transportiert, so dass die Elektronen sich in diesem abschnitt regelrecht durch einen Engpass durchzwängen müssen. Das heißt: Viel Widerstand = viel Reibung = die Herdplatte wird heiß :)
Eine Glühlampe funktioniert übrigens ganz ähnlich: Der Glühfaden ist sehr dünn und bewusst aus einem Material, das eher schlecht leitet (Wolfram). Dadurch wird er zur Weißglut gebracht und es entsteht neben der Wärme auch Licht.
Vielleicht hilft das hier für ein Grundverständnis in Sachen Strom:
beim elektrischen Fluss durch einen elektrischen Leiter entsteht durch die auftretende Reibung diese Reibung ist es, die zum erwärmen des elektrischen Leiters führt. Das ist das Phänomen welcher beim E-Herd ausgenutzt wird.
Wie groß die Reibung ist hängt vom elektrischen Widerstand des Leiters und der angelegten Spannung U ab. Aus dem ohmschen Gesetz:
I=U/R lässt sich berechnen wie groß die elektrische Stromstärke durch diesen Leiter bei angelegter Spannung ist.
Die Multiplikation aus Spannung und Strom gibt die Leistung und damit die Arbeit die Pro Zeit verrichtet wird und somit kann berechnet werden wie viel elektrische Energie zu jedem Zeitpunkt in Wärme umgewandelt wird:
P=U*I
Die Leistung ist in der Physik definiert als Arbeit pro Zeit. Wir können daher Strom und Spannung einfach multiplizieren, da die Spannung die Arbeit pro Ladung angibt und die Stromstärke die Ladung pro Zeit:
P=U*I=(W/Q)*(Q/t)
die Ladung Q kürzt sich raus und es bleibt:
P=W/t
was exakt der Definition der Leistung in der Physik entspricht.
Wenn an einen Leiter (elektr. Widerstand) eine Spannung angelegt wird, dann fließt Strom.
Das kannst Du dir so vorstellen, dass ein Leitermaterial aus einem Gitter von Atomen besteht, deren Elektronen (fast) frei beweglich sind. Liegt nun eine Spannung an, wird diese Bewegung der Elektronen in eine Richting gelenkt. Dabei stoßen die Elektronen an die unbeweglichen "Rumpfatome" des Gitters und versetzen diese in Schwingung. Diese Schwingung ist die Wärme.
Je öfter die Elektronen an die "Rumpfatome" also an das Gitter stoßen, desto höher ist der elektrische Widerstand. Deshalb erhöht sich auch der elektrische Widerstand, wenn ein Leiter erwärmt wird. Das Gitter fängt an zu schwingen und je mehr es schwingt, desto öfter stoßen die Elektronen an die "Rumpfatome" des Gitters.
Der Strom fließt durch die Heizwendeln. Diese haben einen höheren elektrischen Widerstand als die Zuleitung. Das bedeutet, die Elektronen können den Draht nicht so leicht passieren, sie haben stärkere Wechselwirkungen mit den Atomen des Leiters. Dabei entsteht Wärme. (Stell Dir vor, sie reiben sich an den Atomen. Das ist nicht ganz korrekt, verdeutlicht aber das Prinzip.)
Ist halt die Widerstandsheizung. Wenn du Strom durch einen Leiter laufen lässt, wird durch den Widerstand Hitze erzeugt