Was passiert mit strom nach der Verwendung?
Hallo, für Physik muss ich eine kleine Geschichte über strom schreiben, alles ging gut, bis ich zum Ende kam. Nehmen wir an ich habe einen Föhn, ich stecke ihn in die Steckdose, und die Turbine dreht sich, aber was passiert dann weiteres mit den Elektronen, gehen sie zurück ins Kraftwerk, wenn ja was passiert dann wieder mit ihnen....
LG Travis
11 Antworten
Lass uns die Thematik mal Physikalisch untersuchen.
Was hat ein Fön für eine Aufgabe? Sie soll im Grunde warme Luft auf uns Pusten. Genauer gesagt auf unsere Harre. Wir versprechen uns dadurch, dass die Harre schneller trocknen wenn wir das tun.
Wärme ist im Grunde nichts anderes als eine Form von Energie, nämlich die Wärmeenergie oder auch thermische Energie. Zusätzlich wird die Luft in Bewegung gebracht, das heißt wir haben zusätzlich Bewegungsenergie also kinetische Energie.
Es wird also Energie umgewandelt. Was haben wir schon von klein auf gelernt? Energie wird niemals verbraucht sondern IMMER nur umgewandelt. Das heißt Energie kann nie verloren gehen.
diese Wärme Energie und diese kinetische Energie muss also irgendwo herkommen. Also muss die Energie irgendwie aus der Steckdose kommen und genau das tut sie auch als elektrische Energie.
Was ist Energie? Energie ist physikalisch Gesehen die Fähigkeit Arbeit W zu verrichten. Das heißt ein Objekt, welches Energie besitzt hat die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Das heißt nicht, dass das Objekt dies auch tut, das heißt nur es könnte, wenn es wollen würde. Natürlich hat das Objekt keinen freien Wille, doch es gibt Bedingungen dafür, die erfüllt werden müssen, damit diese Energie frei wird und Arbeit verrichtet wird.
Die Bedingung nennt sich Kräftegleichgewicht. Alle Objekte streben einen Gleichgewichtszustand an. Es kommt also auf die Energiedifferenzen also den Energie unterschieden an, ob Energie frei wird oder nicht und somit Arbeit verrichtet wird.
Die Arbeit beschreibt den Prozess indem Energie von einer Energieform in eine andere umgewandelt wird. Das heißt IMMER wenn Arbeit verrichtet wird, wird Energie von einer Energieform in eine andere umgwandelt.
Das sind so ein paar Grundsätze die für das fundamentale Verständnis in der Physik in eigentlich allen Vorgängen entscheidend sind.
OK. Wir haben also bei dem Fön elektrische Energie, welche in Wärme z.b. umgewandelt wird. Das heißt also hier wird offensichtlich Arbeit verrichtet.
Nun müssen wir uns ein paar Definitionen aus der Elektrotechnik ins Bot holen. Was ist Strom? Die Stromstärke I in Ampere gibt das Verhältnis der Ladungsmenge innerhalb eines Zeitraumes an. Das heißt wir haben einen Stromfluss und wir machen nichts anderes als zu zählen, wie viele Elektronen pro Sekunde, durch den Leiter fließen. Daraus folgt I=Q/t
Gut wir haben einen Strom I=Q/t aber wir haben keine Arbeit W. Also brauchen wir noch ein paar Größen mehr um das zu verstehen. Was ist mit der elektrischen Spannung? Nun. Die elektrische Spannung beschreibt das Ausgleichsbestreben von Ladungen. Damit eine elektrische Spannung entstehen kann müssen Ladungen zunächst getrennt werden. Positive Ladungen ziehen negative an. Es wirkt also auf Ladungen Kräfte, die sie dazu bringen sich gegenseitig anzuziehen. Damit wir Ladungen trennen können müssen wir also eine Kraft F auf die Ladungen einwirken. Dadurch, dass wir Ladungen trennen legen wir eine Strecke s zurück. Daraus folgt, dass eine Arbeit verrichtet werden muss um Ladungen zu trennen W=F*s. Da haben wir unsere Energie.
Wir haben Ladungen getrennt. Das heißt haben Energie von einer Energie form in elektrische Energie umgewandelt. Wenn wir elektrische Energie z.b. über einen Fahrraddynamo erzeugen, wandeln wir kinetische Energie in elektrische um. Wir üben eine Kraft F auf Ladungen aus, trennen diese, dabei wird die Strecke s zurückgelegt und es entsteht eine elektrische Spannung. Je schneller wir trampeln, desto mehr Ladungen trennen wir und desto größer wird die Spannung. Das bedeutet, die Spannung ergibt sich aus U=W/Q also Arbeit pro Ladung.
Wir haben nun eine Spannung und nun schließen wir über den Fön den elektrischen Stromkreis. Nun können Ladungen sich ausgleichen und die elektrische Energie wird abgegeben.
Es fällt eine Spannung U am Gerät ab, es fließt ein Strom I durch das Gerät und nun wird eine Arbeit W verrichtet um genau zu sein pro Ladung.
Die Leistung P gibt an wie viel Arbeit in der Zeit verrichtet wird. Je schneller also die Ladungen ihre Arbeit verrichten, desto mehr Ladungen verrichten die gleiche Arbeit, in der Summe haben wir also in der gleichen Zeit eine größere Arbeit die verrichtet wird.
Daraus folgt: P=U*I Das Prdoukt aus Spannung und Strom ergibt die Leistung. Moment! War nicht W/t die Leistung? Warum also U*I? Jetzt sollte man Mathe ein wenig verstanden haben.
Wir haben die Spannung U. Sie ist nichts anderes als W/Q und die Stromstärke I ist nichts anderes als Q/t. Wenn wir also U*I rechnen rechnen wir also im Prinzip W/Q*Q/t wie werden Brüche miteinander Multipliziert? Zähler*Zähler, Nenner*Nenner also W*Q/Q*t
Q/Q=1 und irgendwas * 1 ist irgendwas. Also verschwindet Q einfach, weil uns Q extra aufzuschreiben können wir uns schenken. Daraus folgt => P=W/t. Das heißt je schneller die Elektronen fließen, desto mehr Arbeit wird in der gleichen Zeit verrichtet. Das wiederum bedeutet, dass mehr elektrische Energie umgewandelt wird.
Das alles passiert, wenn Ladungen getrennt werden und sie sich dann über eine Schaltung, Verbraucher etc ausgleichen.
Haben sich die Ladungen ausgeglichen fließt auch kein Strom mehr. Die elektrische Energie ist frei und wurde umgewandelt. Es ist also weniger elektrische Energie vorhanden als vorher. Um wieder an elektrische Energie zu kommen muss wieder Energie von einer Energieform in elektrische umgewandelt werden und der Spaß kann von Vorne Losegehen.
In deinem Kopf stellst du dir vermutlich vor, dass die Elektronen zu dem Fön gehen, ihre Arbeit tun und dann wieder gehen und dann hast du die Frage: "Was passiert danach mit den Elektronen?" Diese Vorstellung ist falsch.
Reihenschaltungsgesetz: Die Stromstärke in einer Reihenschaltung von Widerständen ist überall gleich. Das heißt, wenn vor dem Fön 3 Ampere fließen, fließen auch 3 Ampere hinter dem Fön.
Das heißt über den Fön fließen 3 Ampere und auch über die Kabel. Die Stromstärke verändert sich nicht. ABER die Spannung verändert sich. In einer Reihenschaltung teilt sich die Spannung auf.
Der Fön bekommt also nicht komplett die Spannung die angelegt wurde. Sondern nur ein Teil. Der andere Teil der Spannung fällt z.b. über die Kabel ab. Es fließt ein Strom über die Kabel z.b. 3 Ampere und wir haben Spannung auf den Kabeln, die Kabel haben ja einen Widerstand. Hmm Spannung.... Strom.... Wir haben also eine Leistung! Tja...so traurig es auch ist aber Kabel werden warm wenn ein Strom durch sie fließt und auch diese Energie muss irgendwo herkommen. Das ist die sogenannte Verlustleistung. Natürlich geht hier keine Energie verloren aber wir wollen ja keine warme Leitung haben. Das ist also nichts womit wir etwas anfangen können also Verlust.
Du hast also eine Menge Energie zur Verfügung und ein großer Teil wird auch benutzt aber ein anderer Teil geht üben über die Kabel usw als Verluste verloren bzw werden unbrauchbar für uns. Aber ohne Spannung kein Strom.
Bei einem Wechselstrom wie er aus der Stecksdose kommt bewegen sich die Elektronen nur hin und her. sie verbleiben also näherungsweise an der gleichen Stelle. Bei Gleichstrom fließen die Elektronen von einem hohen Potential zu einem kleinen bis der Stromkreis unterbrochen wird oder die potentiale ausgeglichen sind.
Einen Föhn kannst du nicht anstecken, der weht einfach.
Die Elektronen bewegen sich mit Geschwindigkeiten im Bereich mm/s bis cm/s. Da wir üblicherweise Wechselstrom haben, der abwechselnd 10 Millisekunden in die eine Richtung und 10 Millisekunden in die andere Richtung fließt, bekommen die Elektronen im Schalter nicht einmal den Motor zu sehen, geschweige denn das Kraftwerk. (Mal abgesehen davon, dass beim Kraftwerk Trafos dazwischen sind.)
Energie verschwindet nicht sie wird nur in andere Energie formen Umgewandelt. Bei deinem Föhn wir elektrische Energie zur Thermischen Energie umgewandelt. Welche dann wieder Einfluss auf die Umgebung nimmt
Ja auch das ist Termische Energie. Wenn mein Physik Lehrer Recht hat dann beeinflusst jede abgegebene Thermische Energie auch ein Stück weit das Welt all
Natürlich kann man den anstecken - aber das Gehäuse ist meist nicht brennbar und wird nur schmelzen oder verkokeln...