Wechselspannung - Frequenz?
Hallo Leute,
Warum sagen einige Menschen, dass die Polarität der Netzspannung sich 50 mal die Sekunde ändert?
Ist es nicht so, dass die Frequenz f=1/T angibt wie viele Schwingungen pro Sekunde stattfinden? Und eine Schwingung besteht doch aus einer positiven und einer negativen Halbwelle, daraus schließe ich, dass sich während einer Schwingung die Polarität einmal ändert und beim Übergang von einer Schwingung zur nächsten Schwingungen nochmal. Dann wechselt die Polarität aber doch 100 mal die Sekunde?
Ich bitte um Nachsicht, ich bin nur ein interessierter Laie.
LG
6 Antworten
Du siehst das richtig. Warum es einige Leute falsch machen liegt wohl an einem Flüchtigkeitsfehler... Man hat diese 50Hz so im Kopf, dass man manchmal die 100 Nulldurchgänge (=Polwechsel) übersieht... und so flackern z.B. auch Lampen (besonders oft auch LED-Lampen) im 100 Hz-Rythmus.
ja, genau... je nachdem, ob du Cosinus oder Sinus-Funktion betrachtest... Cosinus hätte die beiden Nulldurchgänge in der Mitte der Grundschwingung.
Ah, okay. Wenn ich mir die Spannung jetzt anzeigen lasse mit einem Oszilloskop und die erste angezeigt Schwingung startet mit einer positiven Halbwelle, ist der allererste Nulldurchgang, dann schon ein Wechsel? Davor war ja eigentlich noch "Nichts". Und ist der letzte Nulldurchgang einer Periode dann auch noch ein Wechsel?
Ja, genau. Für die Vergangenheit kannst du ja keine Aussage treffen. Wenn du also einen Sinus betrachtest, startet der ja bei 0, dies ist noch kein Wechsel, weil ja vorher nichts war. Da kommt dann der Wechsel bei 180° und quasi bei 360°
Ich meine, dass das der mathematischen Definition entspricht.
Beim Cosinus findet der erste Wechsel ja bei 90° statt, der zweite bei 270° - da ist es bisschen eindeutiger.
Super, und beim der letzten negativen Halbwelle, ist das ein Wechsel? Man kann ja eigentlich dann auch nicht in die Zukunft schauen, oder?
In dem Moment, wo du sagst, dass es sich wiederholt, also periodisch ist, machst du ja eine Aussage über die Zukunft.
Wenn du also mit einem Funktionsgenerator nur eine einzige Schwingung erzeugst und dann das Gerät abschaltest, hat es nur einen Nulldurchgang... das wird aber selten der Fall sein.
Also habe ich das richtig verstanden, dass man beim Sinus den ersten Nulldurchgang nicht als Wechsel ansieht, weil man keine Aussage über die Vergangenheit machen kann. Den letzten Durchgang nimmt aber als Wechsel auf, weil sich die Schwingung wiederholt. Dann gibt es bei 2Hz also 4 Wechsel?
Danke für deine Mühe, deine Antworten waren sehr hilfreich für mich :)
Dein Denkansatz ist richtig, geht aber nicht weit genug.
Natürlich gibt es bei unserer Wechselspannung 100 Nulldurchgänge, jeweils eine in positiver und negativer Spannungrichtung pro Stromperiode.
Aber die Spannung ändert sich eigentlich ständig (an jedem Punkt innerhalb der Periode), also gäbe es unendliche Viele Punkte der Spannungsänderung.
Deshalb ist das Ganze eigentlich eher eine Frage der Formulierung und was man mit den Worten meint.
Im Regelfall meint man mit diesen 50-Hz-Spannungsänderungen, dann 50 ganze Perioden.
Aber im Prinzip hast Du natürlich recht. Da jede Periode aus einer positiven und einer negativen Halbwelle besteht, gibt es bei 50 Hz Wechselspannung 100-mal pro Sekunde eine Änderung der Spannungspolarität.
Alles eine Sache der Betrachtung.
Betrachte es mal anders, in gewissem Sinne genauer. ;-)
Eine Periode ist was genau?
Betrachte die Sinuskurve mal mit genauer "Beschreibung".
Die Sinuskurve beginnt ab einem Nullpunkt und steigt dann zum höchsten positiven Wert an. Geht von dem Punkt wieder Richtung Nullpunkt und durch diesen hindurch bis zum höchten negativen Wert, und von dort wieder Richtung Nullpunkt.
Eine Periode ist eine Sinusschwingung die ab einen Nullpunkt in Richtung positivem Höchstwert steigt. Das weitere habe ich ja beschrieben. Eine Periode ist der Zeitabschnitt ab dem Zeitpunkt ab dem die Sinuskuve vom Nullpunkt in positive Richtung zeigt und etwas später genau an so einem Nullpunkt wieder ankommt.
(Also wenn die Sinuskurve wieder von Null aus in Richtung positivem Scheitelwert geht. Vom ersten Nullpunkt Richtung positivem Scheitelwert zum nächsten, nennt man eine Periode.
Also, was genau willst du betrachten oder berechnen? Die jeweilige Periodendauer, oder die jeweiligen Scheitelwerte? Letztere gibt es zwei. Einen positiven und einen negativen pro Periode. Das sind unterschiedliche Betrachtungen.
Mit 1 durch F wird die Periodenzeit berechnet. Eine Periode besteht aus zwei Scheitelwerten.
Wie berechnet man dann also die Scheitelwert-Zeit?
Und was genau willst du wissen, betrachten, erklärt haben?
Oder sind jetzt deine Fragen geklärt?
Erst einmal Danke für lange Antwort. Ich versuche dir jetzt mal möglichst genau meine Frage darzulegen, aber Vorsicht ich bin Laie. Und zwar: Die Netzfrequenz beträgt ja 50Hz, also gibt es 50 Schwingungen pro Sekunde. Pro Schwingung gibt ja eine positive und eine negative Halbwelle wie Du ja auch erklärt hast. Also ist die Spannung 50x positiv und 50x negativ pro Sekunde, also ändert sich die Stromrichtung. Jetzt habe ich im Internet gelesen, dass sich 100x pro Sekunde die Polarität wechselt. Wenn ich jetzt z.B. mit einem Oszilloskop die sinusförmige Wechselspannung betrachte, verstehe ich nicht wie man diese 100 Wechsel zählt.
Ich habe mir das mal mit 1Hz angeschaut (https://physikunterricht-online.de/wp-content/uploads/2017/07/Schwingung-1.jpg) und zähle da aber nur einen Wechsel, nämlich zwischen der positiven und der negativen Halbwelle, aber es müssten ja zwei sein. Ich würde jetzt einen Wechsel bei 1/2T zählen. Bei T wäre ja der nächste Wechsel, aber wäre der nicht schon in der nächsten Schwingung? Wie ich gelernt habe, zählt man den ersten Nulldurchgang in der Grafik ja auch nicht als Wechsel. Ich hoffe du konntest meine Frage verstehen. LG.
Wieso glaubst du 50 Hertz sind 50 Schwingungen pro Sekunde? Einfach so, oder hast du das mathematisch begründet?
Rechnen wir doch mal. Also, vorhin erklärte ich dir, was eine Periode ist. Wenn du auf deinem Oszi einen Sinus vom Klingeltrafo oder Niedervolt-Seite misst, siehst du Netzfrequenz, weil Ursprung.
Triggere mal richtig dass du ein stehendes Bild bekommst und lese am Oszi eine Periodenzeit ab. Du wirst 20 Millisekunden für eine Periode messen.
Zurück zum rechnen. Eine Sekunde sind 1000 Millisekunden. Oder?
Nun teilen wir diese 1000 Millisekunden (Gleich eine Sekunde) durch die Periodenzahl. Die beträgt 20 Millisekunden, das wissen wir, und somit haben wir die gleiche Maßzahl nämlich Millisekunden.
Klartext: 1000 Millisekunden geteilt durch 20 Millisekunden ergibt welchen Wert?
Richtig, die Zahl 50! Also hat eine Netzfrequenz von 50 Hertz genau 50 Perioden pro Sekunde!
Da eine Periode aus zwei Abschnitten mit jeweils 10 Millisekunden besteht, gibt es pro Periode zwei Halbwellen mit gegengesetzter Polarität.
Einmal 10 Millisekunden lang die positive Halbwelle, und einmal 10 Millisekunden lang die negative Halbwelle.
Wenn du nun wieder die Sekunde auf Millisekunden-Niveau bringst, und durch 10 (Millisekunden) für eine Halbwellenzeit rechnest, bekommst du die Zahl 100.
Nur ist das nicht die Periodenzahl, sondern die Anzahl der Halbwellen pro Sekunde. Das sind zwei verschiedene Dinge. Periode, Halbwelle.
Betrachten wir nun unser Herz. Wie funktioniert, pumpt das? Es gibt zwei Herzkammern. Eine wirkt fürs pumpen zu den Organen. Die andere saugt von den Organen. Kann man auch als zwei Halbwellen betrachten. Ne positive die pumpt und ne negative die saugt. Das nur nebenbei.
Fazit: verwechsle, vertausche nicht Periodenzeit mit Halbwellenzeit!
Nochmal, in einer Sekunde hat unsere Netzfrequenz 20 Perioden und 100 Halbwellen.
Korrektur, letzter Satz. In einer Sekunde hat die Netzfrequenz 50 Perioden und 100 Halbwellen.
Danke für deine sehr ausführliche Antwort. Mir ist nun einiges klarer geworden.
An einer Stelle drückt mein Schuh aber noch. Ich betrachte jetzt die Frequenz 1Hz, dort gibt es ja pro Periode zwei Halbwellen.
- Halbwelle von + zu -
- Halbwelle von - zu +
Das wäre für mich ein Wechsel, aber warum sind es zwei Wechsel laut einer Aussagen im Internet?
LG und schönes Wochenende
Warum machst Du es dir so unnötig schwer? Wer garantiert dir denn, dass derjenige mit der dich störenden Aussage die Dinge richtig verstanden hat, oder richtig zur Sprache bringt?
Wie definierst du denn Wechsel? ;-)
Nehmen wir einen Brückengleichrichter und betrachten uns die Halbwellen auf dem Gleichspannungspegel ohne Kondensator-Einfluss.
Da sieht das Oszibild so aus, als sei aus der negativen Halbwelle nun eine positive geworden und es gibt da nur noch positive Halbwellen mit geringem Pegel.
Sind das nun auch Wechsel, oder keine mehr? ;-)
Schön erklärt, aber der Vergleich mit dem Herz ist grottenfalsch, da saugt überhaupt nichts.
Dann wechselt die Polarität aber doch 100 mal die Sekunde?
Japp... 50 Perioden / Sekunde = 50x Plus und 50x Minus / Sek = 100 Polaritätswechsel... :)
Hallo, Danke für deine schnelle Antwort. Wie oft wechselt dann aber die Polarität pro Schwingung? Wäre während einer Schwingung der Wechsel von der positiven Halbwelle auf die negative Halbwelle ein Wechsel oder wie zählt man das dann?
ja, das siehst du richtig. Das Problem liegt eher im Sprachlichen:
- 50 Schwingungen pro Sekunde heisst:
- 50x pro Sekunde hin und her
- also 50x hin und 50x her
- daraus folgt, dass sich die Richtung (und Polarität) 100x pro Sekunde ändern muss
- oder eben 2x pro Schwingung, genau wie bei einer Schaukel oder jedem andern Pendelvorgang
https://physikunterricht-online.de/wp-content/uploads/2017/07/Schwingung-1.jpg Ändert sich die Polarität dann bei 1/2T und T pro Schwingung?
Ja, genau. Die Polarität und damit auch die Stromflussrichtung ändert bei den Nulldurchgängen. Also bei T/2 und T und allen Vielfachen davon.
Pro Periode muss man sich natürlich entscheiden, ob man den Nulldurchgang am Anfang oder jenen am Schluss zur jeweiligen Periode rechnet (sonst wären es ja drei Wechsel...).
Aber wenn dich das stört, kannst du den Periodenanfang ja definieren, wo du willst, zum Beispiel auf dem Spitzenwert.
Ah, vielen Dank. Aber warum sagt man eigentlich, dass sich die Polarität zwei Mal ändert. Eigentlich ändert die sich ja nur einmal, nämlich von einer positiven Spannung, der ersten Halbwelle zur einer negativen Spannung, der zweiten Halbwelle. Ich tue mich irgendwie schwer mit dieser Ansicht.
Ergänzend: Ich meine bei einer Frequenz von 1Hz.
Eben: Weil zu einer Schwinungen immer ein ganzes Hin-und-Her gehört.
Also muss sich die Richtung ja zweimal pro Schwinungun ändern, denn nur doppelte "Negation" ergibt wieder die ursprünglichen Zustand, der eine Wiederholung, also ein periodisches Verhalten startet.
Oder hast du mit deser Ansicht auch beim Bild des mechanischen Pendels/der Schaukel Mühe? Falls ja, musst du genauer beschreiben, was dich an der zweimaligen Richtungsänderung stört; man kann sie ja 1:1 beobachten.
Sehe ist dann richtig, dass ein Wechsel zwischen der positiven und der negativen Halbwelle stattfindet und zwischen dem Übergang zweier Schwingungen?