Wechselspannung nachvollziehen
Hallo, ich habe folgendes Problem: Ich kann Wechselstrom mit der dazugehörigen Wechselspannung nicht nachvollziehen. Gleichstrom kann ich mir noch leicht vorstellen, da bei diesem die Ladungsträger nur in eine Richtung fließen. Bei der Wechselspannung verstehe ich jedoch nicht, wie sich die Spannungstärke so schnell verändern kann und sogar ihr Vorzeichen ändert. Spannung habe ich mir immer so vorgestellt, dass in dem Leiter mehr Elektronen, als außerhalb des Leiters vorhanden sind. Wie kann diese Spannung jedoch bei der Wechselspannung sogar negativ werden? Wohin verschwinden die ganzen Ladungsträger, die die Spannung erzeugt haben? Auch verstehe ich nicht, wie mithilfe von Wechselstrom Energie transportiert werden kann, wenn er sich ja eigentlich grob gesehen nicht fortbewegt. Auch hier kann ich mir den Gleichstrom viel besser vorstellen, da bei diesen die Elektronen sich einfach von Punkt A nach B bewegen.
4 Antworten
Spannung habe ich mir immer so vorgestellt, dass in dem Leiter mehr Elektronen, als außerhalb des Leiters vorhanden sind.
Da hast Du natürlich völlig verkehrte Vorstellungen gehabt. In dem Leiter verändert sich nicht die Dichte der Elektronen, sonst wäre er ein Kondensator.
Spannung ist eine elektrische Potentialdifferenz, die Ladungsträger streben von Punkt A nach Punkt B (bzw. Elektronen von minus nach plus), um diese Differenz auszugleichen. Bei der Gleichspannung hast Du immer einen ständig positiven und einen ständig negativen Pol. Somit hat jede Spannung auch eine positive und eine negative Seite. Bei der Wechselspannung vollzieht sich eine periodische Umkehr: Die Spannung geht sinusförmig auf 0 zurück, dann sind beide Pole neutral. Anschließend werden beide Pole in umgekehrter Richtung gepolt mit steigender Spannung. Welchen Teil dieser Periode Du nun als den positiven und welchen als negativen Teil betrachten willst, ist völlig beliebig. Es wechseln nur die Polaritäten und somit die Flussrichtung des Stromes.
Nun, beim Wechselstrom(-spannung) fließt kein Strom zurück, auch dieser fließt kontinuirlich weiter, genau, wie beim Gleichstrom. Bei der Wechselspannung geht erst mal die Spannung von der Nullinie aus zur positiven Spannungsspitze, von Null auf Û(U Dach, U Spitze), dann zu Null wieder, das ist dann die Umpolung, auf minus Û. Wenn man minus Û als Basis nehmen würde, dann hat man zur Nullinie auch eine positive Spannung. Die ganze Umkehrung, oder eben Umpolung erfolgt im Generator, bei dem eine folgende Spule einen gegenteiligen Wicklungssinn hat, immer wechselseitig.
Bist du sicher, dass die Fließrichtung bei der Wechselspannung in keinem Fall positiv ist?
Stromfluß sind bewegte Elektronen. Die Energie kann (angenommen mal an einem ohmschen Verbraucher, durch Stromfluß entsteht z.B. Wärme) genausogut mit wechselnden Vorzeichen übertragen werden. Dabei fließt der Strom tatsächlich einmal vor, einmal zurück. Das aber ist z.B. einem Widerstand egal --- wenn der "Effektivwert" derselbe ist, wird der Widerstand genauso erwärmt, wie durch Gleichspannung/-strom.
Die Ladungsträger verschwinden nicht, sondern fließen hin und zurück. Die Spannung wird nicht von den Elektronen der Leitung erzeugt, sondern diese werden von der Spannung (besser: Vom elektrischen Feld zwischen den Potentialpunkten) vor- und zurückbeschleunigt.
Zunächst möchte ich mit dem Vorurteil aufräumen, dass die Energie von den Elektronen "getragen" wird, also diese sich so schnell bewegen, wie die Energie fließt.
Ein Elektro fließen nämlich nur mit etwa 0,0000074 Meter pro Sekunde. Ganz schön langsam, ne ^^.
Stell dir also (für Gleichspannung) einen Gartenschlauch als Draht vor. Dieser ist aber schon voll mit Wasser [= freien Elektronen]. Wenn du jetzt den Wasserhahn aufdrehst [Lichtschalter auf "an" stellst] fließt hinten in den Schlauch Wasser hinein und vorne kommt etwas raus. Das was vorne rauskommt ist aber nicht (sofort) das Wasser, was du hintern reinpackst.
Nun zur Wechselspannung:
Stell dir wieder einen (oder zwei, für vor und zurück) Schlauch mit Wasser drin vor. Nur, dass dieses Mal ein kleines Wasserrad von Wasser aus dem Schlauch angetrieben wird und das Wasser durch den zweiten Schlauch zurückfließt.
Gerade eben, bei der Gleichspannung, haben wir das Wasser einfach durchfließen lassen und damit das Rad angetrieben. Jetzt lassen wir immer abwechselnd in die beiden Schlauchenden Wasser ein, aber nur ein bisschen. Unser gedachtes "Schaufelrad" bewegt sich also immer vor und zurück.
Und nun denken wir noch an eine Dampflokomotive (ja Computerzeitalter, ich weiß). Da bewegt sich auch ein Zylinder (durch Dampf) vor und zurück und wird in eine Vorwärtsbewegung umgesetzt. Also bekommst du auch aus ganz vielen kleinen Bewegungen (Wechselspannung) eine Menge Energie.
Guck dir mal an wie Strom produziert wird (Generator). Dann wird Wechselspannung auch einleuchtender.
Falls du noch Fragen hast, einfach schreiben.
Gruß Diego