Wie kann man mit Wasser Volt, Watt und Ampere erklären?
4 Antworten
die Spannung (volt) kann man mit dem Wasserdruck vergleichen. der Druck im Reifen eines Autos z.B. spannt ihn ja auch...
die ampere, strom kann man mit der Menge an Wasser vergleichen, die z.B. durch einen Schlauch fließt, oder einen Bach herunter. flüsse werden ja auch oft Strom genannt.
und die Watt das ist eben die Leistung, die man entnehmen kann. z.B. wenn ein Mühlrad angetrieben wird. da hast du dann ja auch die Pferdestärken.
übrigens: der Vergleich ist garnicht so doof. weil bei einer hohen Spannung die Isolation von Leitungen durschlagen kann (kurzschluss) während bei der wasserleitung ein hoher druck zum Bersten der Leitung führen kann, weswegen schläuche für hohen druck besoners dick bzw. stabil sein müssen bzw. gut verarbeitet.
und auch das mit dem Widerstand ist relativ gut vergleichbar. aus einem dickeren Schlauch oder Rohr kommt bei niedrigem Druck mehr wasser als aus einem dünnen.
lg, Anna
Spannung [Volt] ist ein Druckunterschied, Strom [Ampere] ist das fließende Wasser und Leistung [Watt] weiß ich jetzt nicht. Gibt aber auch dafür bestimmt Möglichkeiten in diesem Modell.
ok da hast du recht. P = U*I also eig Druck mal dem fließendem Wasser
Ja, also mit welchem Druck wie viel Wasser fließt. Mehr Druck und mehr Wasser —> höhere Leistung.
Die Leistung könnte man in dieser Analogie ebenfalls über den Energietransport des Wassers gleichsetzen.
Höhere Geschwindigkeit und mehr Druck bedeuten mehr Energietransport, wobei der Druck eben der Potentiellen Energie im Wasser entspricht und der Durchfluss eben der kinetischen Energie.
Das war jetzt vereinfacht auf das Elektronenmodell bezogen, weil mehr Strom eine im Schnitt höhere kinetische Energie der Elektronen bedeutet.
Druck kann man in dem Fall in gewisser Weise als innere Energie in der Flüssigkeit sehen welche natürlich auch wieder in andere Energieformen transformierbar ist. Das ist dann ja in dem Modell auch einfach die Kontinuumsgleichung.
In gewisser Weise muss man hier analogien wählen, weil sich Strom und Wasser bei genauer Betrachtung dann doch extrem unterschiedlich verhalten.
Der Druck des Wassers entspricht dem "Potential" des Stroms, also der Spannung.
Mehr Strom bedeutet mehr Elektronen pro Sekunde. Das bedeutet nicht unbedingt dass die einzelnen Elektronen eine höhere kinetische Energie haben.
Druck alleine kann nicht in andere Energieformen transformiert werden, sondern Druck mal Volumen.
Bei Strom/Spannung/Leistung sind die Analogien der Ströumgen von Flüssigkeiten und Elektronen noch sehr nahe. Sowie es um Elektromagnetismus geht, hört die Vergleichbarkeit sofort auf.
Der Druck des Wassers entspricht dem "Potential" des Stroms, also der Spannung.
Korrekt und das Potential schreibt den Teilchen eine potentielle Energie zu.
Mehr Strom bedeutet mehr Elektronen pro Sekunde. Das bedeutet nicht unbedingt dass die einzelnen Elektronen eine höhere kinetische Energie haben.
Doch. Die Elektronendichte in Kupfer ist größtenteils Temperaturabhängig aber weniger Feldstärkeabhängig. Größere Feldstärken bewirken auch größere Driftgeschwindigkeiten.
Allerdings war das mehr Global bezogen. Addiere einfach die kinetische Energie aller Elektronen und dividiere sie durch die Zeit in dem diese eine Leitung durchqueren, dann kommst du am Ende auch auf eine Leistung welche natürlich mit dem Strom skaliert.
Druck alleine kann nicht in andere Energieformen transformiert werden, sondern Druck mal Volumen.
Gemeint war damit eher diese Vorstellung. Man nimmt einen vollen Behälter mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit darin (natürlich muss man hier eine gewisse Kompressibilität vorraussetzen). Wenn man den Behälter ansticht, bleibt das Volumen darin zunächst konstant, aber die Flüssigkeit tritt aus und das auch mit einer gewissen kinetischen Energie, welche zuvor als potentielle Energie gespeichert war.
So wie eben das elektrische Potential ein Maß für Energie ist, oder wenn mans genau will ist die Spannung die Ladungsbezogenen Arbeit, was dann eben darauf führt.
Die Analogien sind dazu auch nur auf makroskopischer Ebene brauchbar. Die Spannung ist eben etwas anderes der Druck sobald man von einzelnen Teilchen spricht.
Doch. Die Elektronendichte in Kupfer ist größtenteils Temperaturabhängig. Größere Feldstärken bewirken auch größere Driftgeschwindigkeiten.
Ich verstehe, was du meinst. Aber bleiben wir bei der Definition: "Mehr Strom" bedeutet definitionsgemäß "mehr Elektronen pro Sekunde". Hier geht es nicht um Kupfer, sondern auch um Plasma oder Supraleiter, oder auch Wechselstrom, bei dem der Strom nur auf der Oberfläche der Leiter fließt und die Elektronendichte im Inneren nicht relevant ist.
bleibt das Volumen darin zunächst konstant, aber die Flüssigkeit tritt aus
Eine austretende Flüssigkeit ist eine Volumenabnahme (um genau zu sein, der Gradient). Das Volumen ist also nicht konstant. Ansonsten stimmen wir da überein: Druck mal Volumen entspricht der Energie (siehe auch die Einheiten).
So wie eben das elektrische Potential ein Maß für Energie ist
Wieder fast: Neben meinem Tisch ist eine Steckdose, deren Leite eine Spannung von 230V haben. Das ist aber kein Maß für irgendeine Energie. Wenn ich mein Handyladegerät anschließe wird eine ganz andere Energiemenge umgesetzt als wenn ich einen Heizlüfter anschließe. P=U*I und W=P*t. Ohne Stromstärke und Zeit ist es nicht sinnvoll hier von Energien zu sprechen.
Die Analogien sind dazu auch nur auf makroskopischer Ebene brauchbar.
Richtig. Also fast. Auch einzelne Elektronen und Flüssigkeitsmoleküle können Ströme bilden und sich auf Grund von Potentialen bewegen und eine Leistung erbringen. "Druck" ist in der Thermodynamik allerdings tatsächlich nur in einem großen ensemble definiert. Ein einzelnes Teilchen hat keinen Druck. Hier braucht man dann eine wirkende Kraft. Statt P*V (Druck mal Volumen) hat man dann F*s (Kraft mal Weg) als Energie.
Ich denke, wir haben dem FS einiges geliefert, was er zur Beantwortung seiner Frage braucht. Die Analogien sind nicht trivial, aber der FS sollte wohl weder Magnetismus noch Quantenmechnik oder Thermodynamik berücksichtigen.
Wenn etwas austritt ist das nicht zwingend eine Volumenabnahme
Bei einem Gas würde man das als isochore Entspannung entzeichnen. Die Teilchendichte sinkt aber das Volumen bleibt konstant. Das geht bei kompressiblen Flüssigkeiten am Ende genau so.
Doch das Potential schreibt einem Objekt in sich eine Energie zu, nämlich die Potentielle Energie, daher heißt die auch so.
Klar ist die Energiemenge eine andere weil der Strom nicht konstant ist.
Am Ende definiert man das Potential ja auch genau so. Die Spannung also der Potentialunterschied ist ein Maß für die Arbeit welche an den Elektronen geleistet wird. Diese Arbeit lässt sich nun als Differenz zweier Potentieller Energien in einem Potential beschreiben.
Also es geht natürlich auch aus der Definition der Spannung und des Potentials.
Die Arbeit an einem geladenen Teilchen ist ja W=Integral E*Q ds und daraus die Spannung U=W/Q = Integral Eds
Jetzt setzt man E = -div Phi also
U=Integral -div Phi ds dieses Integral kann man nun umschreiben und erhält U=Phi(s1)-Phi(s0) bzw W = (Phi(s1)-Phi(s0)*Q und damit
W = Phi1 * Q - Phi2 * Q
Phi1*Q und Phi2 * Q sind also beides Energien und werden als Potentielle Energie bezeichnet welche das Teilchen der Ladung Q im Elektrischen Feld hat.
Addiere einfach die kinetische Energie aller Elektronen und dividiere sie durch die Zeit in dem diese eine Leitung durchqueren, dann kommst du am Ende auch auf eine Leistung welche natürlich mit dem Strom skaliert.
Dann würde bei gleicher Spannung und Stromstärke durch eine heiße Leitung mehr Leistung transportiert werden als durch eine kalte, denn die kinetische Energie der Elektonen steigt mit der Temperatur.
Wenn etwas austritt ist das nicht zwingend eine Volumenabnahme
Bei einem Gas würde man das als isochore Entspannung entzeichnen. Die Teilchendichte sinkt aber das Volumen bleibt konstant. Das geht bei kompressiblen Flüssigkeiten am Ende genau so.
Die Frage handelt nicht von kompressiblen Flüssigkeiten und Gasen:
Wie kann man mit Wasser Volt, Watt und Ampere erklären?Insofern denke ich auch nicht, dass "U=Integral -div Phi ds" den FS wirklich erhellen wird.
Danke für deine Erklärungen hier. Der FS wird schon Rückfragen stellen, wenn ihm noch etwas unklar ist.
Dann würde bei gleicher Spannung und Stromstärke durch eine heiße Leitung mehr Leistung transportiert werden als durch eine kalte, denn die kinetische Energie der Elektonen steigt mit der Temperatur.
Nein die Driftgeschwindigkeit steigt nicht. Die ungerichtete Bewegung zählt dafür nicht, so wenig wie sie für die Stromstärke von belang ist.
Die Frage handelt nicht von kompressiblen Flüssigkeiten und Gasen:
Richtig aber da ist man am Ende wieder bei Eigenschaften welchen Elektronen so nicht zuordenbar sind.
Strom kann man als beides sehen, je nach Material und äußeren Umständen. So kann man in einem fixen Volumen bzw Oberfläche beinahe unbegrenzt Ladungen speichern zB in einem Kondensator. In diesem Verhalten sich Elektronen eher wie ein ideales Gas in einer dünnen Schicht, sind also kompressibel und Füllen die zur Verfügung stehende Oberfläche gleichmäßig aus
Ich habe mich da falsch ausgedrückt. Das war kein Versuch umzuschwenken sondern ein Versuch klar zu stellen was gemeint ist.
Gemeint ist der Teil der kinetischen Energie der Elektronen welcher rein durch den Drift stammt.
Du kannst am Ende genau das selbe auch über Wasser sagen. Ein Wasserrad kann zB aus heißem Wasser auch nicht mehr Energie ziehen als aus kaltem (Dichteunterschiede mal ausgenommen) der nutzbare Teil der kinetischen Energie des Wassers in diesem Beispiel entstammt am Ende ja auch nur der Driftbewegung der Wassermoleküle und nicht der gesamten kinetischen Energie der Teilchen.
Dem FS hilfts nicht weiter, ich wollte dir nur darstellen was mit meinen Aussagen gemeint war. Am Ende geht es mir nicht darum zu glänzen oder recht zu behalten, sondern dir nur meinen Gedankengang darzulegen, weil ich davon ausgehe, dass du meine Aussagen falsch verstehst oder ich einfach die Aussagen am Ende nicht klar genug formuliert hatte.
Btw nur um zum Anfang auch noch was zu sagen und ich denke, da habe ich mich zu stark vereinfacht.
Die Spannung und der Druck sind natürlich nicht direkt eine Energie, korrellieren aber mit so einer.
Im Falle der Spannung ist es die Arbeit die ein elektrisches Feld an einem gelandene Teilchen verrichten kann bzw wenn man die Ladung fixiert ist die Spannung direkt ein Maß für die Unterschiede zwischen zwei potentiellen Energien. Für Druck würde mir hier nicht direkt ein äquivalent Einfallen welches auch (in relevantem Umfang) bei Wasser gültig wäre, bei kompressiblen Flüssigkeiten und Gasen gibts so ein äquivalent natürlich schon.
Ich hoffe dass damit verständlich ist, was ich mit der Aussage gemeint habe. Dieser Part ist in so fern natürlich auch für den FS relevant, weil ich nicht den Eindruck vermitteln möchte, dass Volt gleich Watt wären.
Volt ist vergleichbar der Kraft die durch den Höhenunterschied entsteht. Die Ampere sind die Durchflußmenge, je dicker das Rohr umso mehr. Die Watt sind dann die Kombination, je mehr Wasser umso mehr kann unten bewegt werden, zB Wasserräder. Und je Höher der Druck durch den Höhenunterschied umso schneller wird das Wasser bewegt und kann mehr Arbeit vollbringen
Die Stromstärke ist die Durchflussmenge des Wassers. Die Spannung beschreibt, wie unterschiedlich die Wassermengen zwischen Quelle und Senke sind (Potentialunterschied). Die Leistung beschreibt, wie hoch die Hürden sein können, um die ungleichen Wassermengen mit einer gewünschten Durchflussmenge auszugleichen.
Leistung ist die Menge an Wasser welches pro Zeiteinheit durchfließt oder?