Wie kann die Stromstärke bei einer Reihenschaltung überall gleich bleiben?
Hallo! Wir sind mit der Elektrizitätslehre angefangen und sogar mit Stromkreisen und Schaltungen. Ich verwirre mich bei zwei Fragen. Wir definieren die Spannung als die Ladungsdifferenz zwischen zwei Punkten. Dann bedeutet dass, dass eine Seite mehrere Elektronen als die andere besitzt. Wenn wir z.B. 2 Lampen nacheinander in einer Reihe schalten und die Spannung der Energiequelle 18V beträgt und die Spannung jeder Lampe 9 V beträgt, sodass die Nullniveau erreicht wird, dann wieso ist die Stromstärke überall gleich? Am Anfang in dem Leiterabschnitt, wo die Spannung die Energiequelle verlässt, befindet sich mehr Elektronen bzw. ein hoheres elektrisches Potenzial (18 V) im Vergleich zu anderen Leiterabschnitten. Da es bei einem Querschnitt mehrere Elektronen gibt, musste die Stromstärke nicht höher in diesem Leiterabschnitt sein?
Vielen Dank im Voraus.
3 Antworten
bei der reihenschaltung hast du quasi nur einen pfad. das heißt, der strom hat keine möglichkeit auszuweichen.
nehmen wir an, ein bummelzug ist auf dem gleis unterwegs. dann kann der ICE dahinter auch nicht schneller fahren. deswegen gibts bei der reihenschaltung überall nur die gleiche stromstärke.
lg, Anna
Nehmen wir als Beispiel mal eine Batterie, deren Pole über einen langen Draht mit relativ hohem Widerstand verbunden sind.
Die Anzahl der Elektronen pro mm Leiterlänge, also die Elektronendichte, ist tatsächlich nicht überall im Stromkreis gleich, da das elektrische Potential nicht überall das selbe ist. Das wiederum bedeutet, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit der Elektronen auch unterschiedlich sein muss, damit die Stromstärke überall gleich ist.
Physikalisch wird das dadurch bewirkt, dass die elektrische Feldstärke innerhalb des Leiters unterschiedlich ist.
Allerdings reden wir hier von einem extrem winzigen Effekt. Zum Beispiel kann ein 1m langer Metalldraht schon mehrere Millionen Coulomb an Elektronen enthalten (und nochmal genauso viele Protonen). Hat dieser Draht nun ein Potential von -1V relativ zur Erde, dann kommt durch diese Ladung vielleicht noch -10^-10 (10 hoch -10) Coulomb hinzu. Also 10^16 mal weniger als das, was ohnehin schon an Elektronen vorhanden ist.
Damit ist dieser Effekt in der Praxis völlig irrelevant.
Das einzelne Elektron macht sich vom Minuspol aus auf den Weg. Zuerst durch Lampe 1, dann durch Lampe 2 und dann zum Pluspol.
Da keine kapazitiven Komponenten vorhanden sind, kann das Elektron keine Pause machen. Außerdem kann das Elektron den Stromkreis nicht verlassen.
Daher ist die Stromstärke überall gleich, weil sozusagen alle Elektronen den einzigen vorhandenen Weg komplett durchlaufen müssen.
Wasseranalogie: Wenn du jetzt ein Liter Wasser durch ein langes Rohr fließen lässt, ist an jeder beliebigen Stelle des Rohres ein Liter durchgeflossen.
Stell Dir einen geschlossenen Wasserkreislauf vor. Die Liter/s ist die Stromstärke, der Druck die Spannung, und die Pumpe ist die Spannungsquelle selbst.
Die Pumpe erzeugt jetzt 18Bar und du hast zwei Engstellen (Lampen). Nach der ersten Engstelle hast Du noch 9Bar, nach der 2. Engstelle keinen Druck mehr (direkt vor der Pumpe). Die Pumpe schafft es, mit den 18 Bar 1Liter/sek fließen zu lassen. Die 1Liter/sek fließen vorne rein und hinten wieder raus und werden von der Pumpe wieder angesaugt usw. Deshalb ist der Strom überall gleich. Der Druck jedoch teilt sich auf die Engstellen auf, so das an jeder Engstelle 9Bar abfallen...
Vlt kannst Du Dir das so besser vorstellen...
Kann der Druck hier als die Fähigkeit Arbeit zu verrichten bezeichnet werden? Vielen Dank für Ihre Geduld! :)
Ja.
Arbeit in physikalischen Sinne ist die Umwandlung von Energie in eine andere Energieform. Und Druck stellt Energie zur Umandlung bereit.
Aber dann wie verändert sich die Spannung bzw. das Potenzial, wenn die Elektronen im Leiter fließen und nicht stoppen? Genauer, wenn die Anzahl der fließenden Elektronen sich nicht verändert, wieso sinkt das Potenzial in weiteren Leiterabschnitte der Schaltung bzw. wie ist die Anzahl der Elektronen in einem Leiterabschnitt unterschiedlicher als der andere, wenn alle Elektronen fließen?
Vielen Dank für die Antwort!