Unterschied zwischen Spannung und elek. Potential?! Physik, Hilfe!

4 Antworten

Eine mengenartige Größe fließt von selbst immer von Stellen hohen Potentials zu Stellen niedrigen Potentials.

1) Ein Körper fällt vom hohen Potential zum niedrigen Potential (von oben nach unten).

2) Entropie strömt von der hohen Temperatur zur niedrigen Temperatur (von warm nach kalt).

3) Luft strömt vom hohen Druck zum niedrigen Druck.

4) Elektrizität strömt vom hohen Potential zum niedrigen Potential.

Wenn also eine mengenartige Größe strömt, braucht man immer zwei verschiedene Potentialwerte. Die Differenz aus diesen beiden Werten ist eine sogenannte Spannung. Die Energie, die dabei unterwegs "verbraten" wird, ist immer das Produkt aus Spannung * Stromstärke der mengenartigen Größe.

Beispiel für die E-Lehre. Vor einer Lampe herrsche ein Potential von 10V, hinter der Lampe eins von 4V. Die Spannung zwischen diesen Anschlüssen ist also 10V-4V=6V, dies ist quasi der Antrieb für den elektrischen Strom.

ich versteh das nicht: in der E-Lehre: Spannnung * Stromstärke=U * I=P ist Leistung, nicht Energie. Wo liegt der Denkfehler?

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@sunshine1403

Die sogenannte Leistung P ist die Menge an Energie, die pro Zeit durch einen bestimmten Leiterquerschnitt fließt, es ist also eine Energiestromstärke. 5 Watt sind einfach 5 Joule/Sekunde, das heißt, in einem Leiterquerschnitt fließt pro Sekunde ein Energiestrom von 5 Joule.

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Wenn manns genau nimmt sind alle vier fälle eine Zuname der Entropie und nich nur die 2 ;)

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Potentiale versunchen sich auszugleichen, also nichtnur warm zu kalt , sondern auch kalt zu warm... genau so ist es bei den El. Potentialen, sie versuchen sich gegenseitig auszugleichen.

Men kann es sich vorstellen wie zwei Wassergläser auf der selben Ebene, das eine befüllt, das andere nicht.Werden die beiden durch einen Leiter verbunden, gleichen sich die beiden Potentiele aus.

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@KillerGoldFisch

Wenn keinerlei Verluste auftreten, der Vorgang also exakt reversibel ist, dann gibt es auch keine Zunahme der Entropie, in keinem der vier genannten Fälle. Punkt 2) beschreibt einen Entropiefluss dS, dieser ist nicht zwangsläufig mit einer Zunahme an Entropie verbunden. Die Entropie fließt von A nach B, von einem Punkt hoher Temperatur Ta zu einem Punkt niedriger Temperatur Tb. An A fließt ein Energiestrom von dEa = Ta * dSa weg, und bei B kommt dEb = Tb * dSb an.
Wenn man den Vorgang nun sich selbst überlässt, dann ist dEa = dEb, also dSb/dSa = Ta/Tb > 1, also dSb > dSa, hier wird also Entropie erzeugt, der Vorgang ist irreversibel. "Zapft" man aber alle Energie zu mechanischen Zwecken ab (oder elektrischen, egal), und dies geht im Idealfall, bis dSa = dSb ist, dann gilt:
dEa - dEb = (Ta-Tb) * dS = (Ta-Tb) * / Ta * dEa.
Dies ist der sogeannte carnotsche Wirkungsgrad, also der Teil der Energie, der von einer "perfekten" Wärmekraftmaschine benutzt werden kann. Hier erkennt man auch, was perfekt heißt: Keine Entropieproduktion.

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Die beste Erklärung, die ich finden konnte, danke! In der Schule hatte man ja z.B. beim Spannungsteiler nur die Spannungen betrachtet, keine Potentiale. Lagen die Potentiale dann implizit bei der angelegten Spannung und bei 0V, sodass die Differenz gerade die Spannung ergibt?

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Es ist ja in der Praxis nicht wichtig, wo die Potentiale liegen, nur die Differenz zeigt einen Effekt. Von daher weiß man auch nicht, ob man 5V - 0V hat oder 7V - 2V. Wenn man allerdings eine Stelle weder, dann hat diese Stelle definitionsgemäß das Potential von 0V

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das weder soll erden heißen, blöde Autokorrektur

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Naja, als Vergleich: Wenn du von einem Hochhaus mit 50m auf ein Hochhaus mit 30m (jeweils Potentiale) runter springst, dann ist die Spannung (der Fallweg) der gleiche, wie wenn du von einem Hochhaus mit 20m (Potential) auf den Boden (Nullpotential) springst. Kapiert?

Ungewöhnlich, aber gut erklärt.

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zum Kommentar von lks72 am 12. November 2009 22:21

Das Potenzial ist eine Eigenschaft des Feldes: Gravitationspotenzial steckt im Gravitationsfeld, elektrisches Potenzial im elektrischen Feld (ein Feld gibt es immer da, wo es eine (räumliche) Potenzialdifferenz gibt). Ein Körper in einem Potenzial besitzt dann eine bestimmte potenzielle Energie (z.B. Masse im Gravitationspotential oder Ladung im elektrischen Potenzial). Man könnte auch sagen: das elektrische Potenzial an einer Stelle des Feldes ist die Energie, die dort eine Ladung von 1C hätte. Analog ist das Gravitationspotiential an einer Stelle die Energie, die eine Masse von 1kg dort hätte. (Wenn keine Masse da ist, hat auch nichts diese Energie, das Feld hat sein Potenzial aber totzdem, s. auch das Wort: Potenzial von lat. potere, können)

Die sogenannte "potentielle Energie" steckt nicht im Körper, sonst hätte ein Körper wegen E=mc^2 in großer Höhe eine größere Masse als auf dem Boden, was natürlich absurd ist. Dein Satz "das elektrische Potenzial an einer Stelle des Feldes ist die Energie, die dort eine Ladung von 1C hätte" kann schon deshalb nicht stimmen, weil das Potential eine intensive Größe ist, die sich auf einen Raumpunkt bezieht, während die Energie eine extensive, mengenartige Größe ist, welche sich auf ein Raumgebiet bezieht. Wenn ein Körper sich in einem Gravitationsfeld von oben nach unten bewegt, dann bekommt er eben aus diesem Feld Impuls. Wegen P = v * dp/dt fließt in den Körper damit auch gleichzeitg ein Energiestrom hinein. Je weiter ein Körper sich in einem Feld bewegt, desto mehr Impuls und damit gekoppelt auch Energie bekommt er. Diese beiden extensiven Größen Impuls und Energie sind aber Eigenschaften des Feldes. Hätte ein Feld keinen Impuls und keine Energie, könnte es einen Körper auch nicht in Bewegung setzen.

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@lks72

E=mc^2 ist keine potentielle Energie (zumindst nicht in Bezug auf ein bisher bekanntes Feld;-)), also hat das mit der Argumentation nichts zu tun. Und bzgl der Energien schauen wir uns doch einfach mal die Formeln bzgl. Gravitation an: Potential=g * h, pot. Energie=m * g * h. Damit kann die Energie keine reine Feldgröße sein, da m keine Eigenschaft des Feldes ist, sondern vielmehr eine des Körpers. Das gleiche gilt für das elektrische Analogon: Potential=Energie/Ladung bzw. Energie = Potential * Ladung. Das Potential bezieht sich auf einen Raumpunkt im Feld, die Energie kann man nur angeben in Bezug auf eine sich darin befindliche Ladung. Daher übrigens auch mein Satz: Potential=Energie/Ladung heißt in SI-Einheiten: [Potential]=Energie in J pro Ladung in C bzw. Energie normiert auf Ladung (von 1C). Ich gebe zu, dass die obige Formulierung etwas unglücklich ist, da es so aussieht, als wären Potential und Energie gleichgesetzt. Widerspricht das alles deinem Verständnis?

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@sunshine1403

1) Schau dir mal die ART an, speziell den Energie Impuls Tensor. Hieraus kann man sowohl Impuls als auch Energie in einem Feld, hier dem Gravitationsfeld, sehr genau verorten. Für andere Felder gilt ähnliches. Bei E=mc^2 musst du richtig lesen: Wenn ein Körper mehr Energie hätte, hätte er auch mehr Masse, klar?
3) Der Ausdruck m * g * h beschreibt selbstverständlich eine Energiemenge. Es ist aber nicht die Gesamtenergie des Feldes, sondern m * g * h ist die Energiemenge, die ein Körper zusammen mit dem Impuls aus dem Gravitationsfeld bekommt, wenn er von der Höhe h sich auf 0 hinabbewegt. (Besser wäre hier delta h für Höhendifferenzen).

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