Frage von xexes, 138

Woher kommen die Elektronen für den elektrischen Strom?

1.) Sagen wir ein Gleichstromgenerator läuft. Das Magnetfeld im Generator induziert in die Wicklungen eine Spannung und daraus resultiert ein Strom, liege ich da richtig ?

Dann kann ein Verbraucher Strom ziehen, bei Gleichstrom fließt er ja von Quelle zu Verbraucher und dann wieder zurück, oder genügt eine Erdung ?

2.) wieso Transformiert man Wechselstrom auf hohe Spannungen in den Leitungen ?

3.) Woher kommen jetzt genau die Elektronen die den Strom bilden, da man ja einen Fluss hat und man die ja nicht herzaubern kann? Ein Wasserkraftwerk ist auch ein System wo kein Wasser hergezaubert wird. Es treibt mit einem Volumenstrom die Turbine an und fließt wo anders hin und das wieder und wieder, oder ?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ProfDrStrom, 64

Hallo xexes,

Zu 1.: Ein Strom kann erst fliessen, wenn ein Stromkreis geschlossen ist.

Eine Erdung reicht da so ohne weiteres nicht.

Zu 2.: P = U x I 

Die von den Kunden des Kraftwerks geforderte Leistung P ist konstant.

Wenn bei P konstant, sich die Spannung verdoppelt, halbiert sich der Strom. Bei 100facher Spannung ist der Strom nur noch einhundertstel so hoch wie zuvor, usw. Je kleiner der Strom ist, um so dünner können die Hochspannungsleitungen sein.

Zu 3.: Die Elektronen sind in den elektrischen Leitern in einer bestimmten Anzahl vorhanden. Wenn nun davon gesprochen wird, dass ein Strom fliesst, dann ist das nicht wie bei einer Wassermühle zu verstehen. Es ist viel mehr so, dass die Elektronen in Schwingungen versetzt werden und sich gegenseitig anstoßen, je höher der Strom um so heftiger knallen die Elektronen zusammen.

Wäre es anders, wäre bestimmt schon mal beim ziehen eines Netzsteckers etwas Strom auf den Boden getropft...

Antwort
von HarryHirsch4711, 43

zu 1) Es wird die Spannung induziert, ja... Die Spannung kann einen Stromfluß zur Folge haben. Läuft Dein Generator ohne Last, so ist die Spannung da, aber der Strom geht gegen "0"..

Die Spannung treibt die Elektronen durch die Leitung. Das hat im ersten Moment nichts mit der Erdung zu tun. Ein Spielzeugauto fährt ja auch mit Batterien und braucht keine Erdung.

Die Erdung ist ein Bestandteil der Schutzmaßnahmen

zu 2) Der Widerstand eine Leitung hängt ja vom Querschnitt, Material und Länge ab. Nehmen wir mal folgendes an:

Querschnitt 100mm², Kupfer und 57km Länge => R= 10Ohm.

Übertragen wir nun auf dieser Leitung 22000W bei 220V => I = P/U=100A

Der Spannungsabfall auf der Leitung währe so hoch, dass die Spannung nicht ausreicht um am anderen Ende anzukommen. Das heist die Leitung würde die Umgebung aufheizen und mehr nicht.

Machen wir das ganze bei 220KV => I=P/U=22000W/220000V= 0,1A

Nun beträgt der Spannungsabfall U=R*I = 10Ohm * 0,1A=> 1V

zu 3) Bei allen leitenden Materialen sind freie Elektronen im Stoff vorhanden.

Gedankenmodell:

Durch die Spannung wird das erste Elektron zur Leitung gedrückt. Nun hat das erste Atom ein Elektron zu viel und gibt es an seinen Nachbaratom (Richtung wird durch die Spannung vorgegeben) ab. Das ganze passiert bis Du beim Generator angekommen bist, dort passiert das gleiche, jedoch steigt durch die Induktion die Spannung an..

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 63

Was die Elektronen anbelangt, die sind in dem Material, dass sich Leiter schimpft, bereits enthalten. Natürlich sind in Materie sowieso immer Elektronen, aber die sind meistens nicht frei beweglich.
In einem metallischen Leiter ist das anders. Metallatome neigen nämlich dazu, ihre äußersten Elektronen abzuwerfen, die sich dann zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen umherbewegen können.

Kommentar von SlowPhil ,

Ergänze: Du kannst es Dir vorstellen wie einen Wasserlauf, in dem Wasser bereits überall vorhanden ist. Die Spannungsquelle kannst Du Dir wie ein Doppelbecken mit einer Pumpe vorstellen, die Wasser von einem der beiden Becken in das andere pumpt und so einen ungleichen Wasserstand in den Einzelbecken schafft. Das Wasser kannst Du Dir als Elektronen vorzustellen, dann ist das Becken mit dem höheren Wasserstand der Minuspol, und der liefert Elektronen immer nach.

Antwort
von areaDELme, 55

schau dir mal einen elektrischen leiter auf atomarer ebene an. (stichwort elektronengas).

hochtransformiert wird der strom, damit beim transport zum verbraucher auch ausreichend strom transportiert werden kann. (watt = volt * ampere) und um die ampere niedrig zu halten muss man eben die volt nach oben schrauben, damit die gleiche leistung an elektrischer energie transportiert werden kann.
(je mehr ampere, desto dicker muss der leiter sein)

Kommentar von xexes ,

Ok das hab ich mir schon gedacht, danke

Antwort
von Spezialwidde, 56

Die Elektronen sind schon da, die werden von den Atomen des Leiters gestellt und dann einfach bei Stromfluss geordnet bewegt.

Kommentar von xexes ,

ja aber wie kommen sie wieder zurück? es wird ja nicht so sein, dass alle Elektronen auf einmal Weg sind?

Kommentar von Spezialwidde ,

Die bewegen sich ja im Kreislauf bzw bei Wechselstrom hin und her. Wie in einer Zentralheizung wo Wasser Energie transportiert aber nicht dabei verloren geht.

Kommentar von xexes ,

Und wieso funktioniert wechswlstrom obwohl sein arythmetischer mittelwert 0 ist? .-.

Kommentar von Spezialwidde ,

Ich kann dir nicht ganz folgen?! Bei Wechselstrom gibt man Effektivwerte für Strom und Spannung an, das wäre im Sinusfall eben 1/2*Wurzel2*Amplitude.

Kommentar von xexes ,

Ja aber von einer Periode ist die fläche einmal Positiv und einmal negativ, daher 0

Kommentar von Spezialwidde ,

Ja rein mathematisch gesehen stimmt das natürlich aber physikalisch gilt immer die Momentaufnahme. Ein Pendel schwingt ja auch und das kannst du sehen, arithmetisch wäre das auch ein Stillstand.

Kommentar von xexes ,

Ah ok, danke

Antwort
von dompfeifer, 28

Zu 1) Die Ladungsträger fließen bei Gleichstrom von der Stromquelle zum Verbraucher und wieder zurück. Das ändert sich nicht dadurch, dass man für einen der beiden Leiter die Erde nutzt (Erdung).

Zu 2) Die Spannung wird bei Fernleitungen hoch transformiert, damit bei gleicher Stromstärke und gleichem Leiterquerschnitt die Übertragungsleistung erhöht werden kann.

Zu 3) Die Elektronen gehören zu den elementaren Bausteinen der Materie. Und die werden beim Fluss eines elektrischen Stroms im Leiter verschoben.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community

Weitere Fragen mit Antworten