Wieso bewegen sich Elektronen in Stromkreisen?
Guten Tag, habe eine Frage die hier so ähnlich schonmal gestellt wurde, jedoch habe ich dort keine befriedigende Antwort gefunden bzw. die Antwort im Zweifel einfach nicht richtig verstanden:
https://www.gutefrage.net/frage/erdung-grund-eines-stromkreises-eine-verstaendnisfrage
Es ging in der Frage darum, wieso in einem Stromkreis mit einer Batterie und einem Widerstand kein Strom fließt, wenn man eine Seite des Stromkreisen erdet, da man nach der oft verwendeten Elektro-Hydraulische Analogie eines Stromkreises ja auf der einen Seite einen "Elektronenstau" hat und auf der anderen Seite einen "Elektronenmangel".
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Elektro-Hydraulische_Analogie
Da die Erde ja als neutraler Bezugspunkt angenommen wird müsste es ja also dann sowas wie eine statische Entladung geben wie bei einem Blitz zum Beispiel, da ja ein Potentialunterschied vorläge und der Elektronenstau oder Mangel sich zur Erde hin ausgleicht.
Als Antwort auf diese Frage kam dann heraus, dass die Hydraulische Analogie in diesem Fall versagt, da bis auf die sehr geringen Leitungskapazitäten in so einem Stromkreis das "zusammendrücken" von Ladungen nicht stattfindet und jeder Teil des Stromkreisen nach außen hin elektrisch neutral ist. Außerdem könnte in einem Stromkreis natürlich nur Strom fließen wenn der Kreis geschlossen ist.
So dann jetzt zur eigentlichen Frage: Ein Potentialunterschied ist ja die Ursache für einen Strom, aber was genau ist die Ursache für den Potentialunterschied in einem Stromkreis mit einer Energiequelle bzw wie äußert er sich, wenn es nicht durch eine Elektronenhäufung ist.Oder anders formuliert, was "drückt" dann die Elektronen durch den Stromkreis wenn es nicht die Kraft zwischen ihnen ist. Eventuell das elektrische Feld(was ja eigentlich auch nur die Kraft zwischen Ladungsträgern im Raum darstellt) ? Aber wie baut es sich dann auf ohne Ladungshäufung wie zb. im Kondensator? Oder kann man sich das System wie eine geschlossene Hydraulische Leitung vorstellen, wo die "Flüssigkeit" bis auf die Leitungskapazitäten praktisch nicht komprimierbar ist?
Hoffe jemand Schlaueres kann mir da weiterhelfen oder falsche Annahmen richtig stellen, die zu meiner Verwirrung führen. Freue mich auch über gute Tipps für Lektüre, wo ich diese Infos sonst selber nachlesen kann.
Danke
4 Antworten
Die Kraft entsteht tatsächlich durch eine Elektronenhäufung bzw. einen Elektronenmangel. Das bewirkt ein elektrisches Feld, das dann wiederum die Elektronen durch den Leiter bewegt.
Wenn du nun beispielsweise die negative Seite der Batterie erdest, dann hast du dort keinen Elektronenüberschuss mehr. Gleichzeitig aber erhöht sich der Elektronenmangel auf der positiven Seite, so dass die Potentialdifferenz gleich bleibt. Das liegt daran, wie Spannung funktioniert bzw. wie eine Batterie funktioniert. Die Potentialdifferenz bewirkt ein elektrisches Feld innerhalb der Batterie. Ist dieses stark genug, stoppt es die elektrochemische Reaktion. Oder anders ausgedrückt - die Batterie pumpt so lange Elektronen von einer Seite zur anderen, bis die Potentialdifferenz und damit das el. Feld stark genug ist, um die Reaktion zu stoppen.
Die hydraulische Analogie funktioniert übrigens auch wunderbar in diesem Fall. Du darfst dir die Erdung nur nicht als ein Loch im Rohr vorstellen, sondern z.B. als eine Verbindung zum Ozean. Dann fließt das Wasser nämlich nicht raus.
Genau. Wenn du den Leiter erdest, hat er das selbe Potential wie die Erde. Aber das widerspricht ja nicht meiner Antwort.
Elektronen bewegen sich in einem Stromkreis nicht aufgrund einer "Elektronenmangel" oder eines "Elektronenstau", sondern aufgrund der anliegenden elektrischen Spannung.
In einem Stromkreis mit einer Batterie und einem Widerstand wird der Strom durch eine Potentialdifferenz angetrieben, die zwischen den beiden Klemmen der Batterie herrscht. Diese Potentialdifferenz wird auch als elektrische Spannung bezeichnet. Wenn man nun eine Seite des Stromkreises erdet, wird die Erdung zur Bezugsebene für das elektrische Potenzial im Stromkreis. Dadurch wird die elektrische Spannung zwischen den beiden Klemmen der Batterie und damit auch der Stromfluss im Stromkreis nicht beeinflusst.
Die Bewegung der Elektronen im Stromkreis wird durch die elektrische Spannung angetrieben. Elektronen sind negativ geladene Teilchen und werden von der positiven Seite der Spannungsquelle, in diesem Fall der Batterie, angezogen. Sie bewegen sich dann entlang des Stromkreises durch den Widerstand und kehren zur negativen Seite der Spannungsquelle zurück. Der Widerstand im Stromkreis begrenzt dabei den Stromfluss und wandelt einen Teil der elektrischen Energie in Wärmeenergie um.
und der Elektronenstau oder Mangel sich zur Erde hin ausgleicht.
Stau und Mangel ergeben sich aus der Potentialdifferenz zwischen den Batteriepolen, nicht zwischen einem Batteriepol und der Erde. Wenn man die Erde an einen Pol anschließt, setzt man damit die Potentiale von Pol und Erde gleich, aber das interessiert den anderen Pol nicht. Wenn natürlich die Spannung hoch genug ist, um Überschläge vom anderen Pol zur Erde zu produzieren (Blitze), dann fließt auch Strom, aber sonst nicht.
OK ich verstehe, dass zb eine Batterie sich ausschließlich für die Potentialdifferenz interessiert und versucht diese wiederherzustellen, egal welches Potential die Pole haben. Aber du würdest also sagen Spannung entsteht durch einen Elektronenmangel und Überschuss, hätte man also einen Stromkreis, der nicht geerdet ist, könnte es dazu kommen, dass es bei sehr hoher Spannung(also einem sehr großen Elektronen Stau auf der einen Seite) einer Entladung(Blitz) von diesem Stromkreis Richtung Erde kommen kann, da die Erde ja neutral ist und dann eine hohe Potentialdifferenz vorläge?
wenn keiner der Pole geerdet ist, dann hat die Erde keine Rolle in dem Spiel, denn dann ist ihr Potential ggü beiden Polen unbestimmt. Ein Elektronenüberschuss besteht ja nur im Vergleich zu dem Pol mit Elektronenmangel, nicht absolut.
Ja sicher kann sowas passieren. Wenn du z.B. anstelle einer Batterie einen Kondensator verwendest, der mit mehreren tausend Volt geladen ist, dann kann durchaus Ladung von einem Kontakt des Kondensators zu einem geerdeten Objekt überspringen.
Bei einer nicht geerdeten Spannungsquelle sagt man, dass das Potential der beiden Pole relativ zur Erde nicht definiert ist. Nicht definiert bedeutet aber nicht, dass es kein Potential gibt. Denn das el. Potential zwischen zwei Punkten A und B ist immer gleich dem Intergral der el. Feldstärke über die Strecke von A nach B. Es muss folglich immer ein Potential existieren. Undefiniert heißt nur, dass dieses unbekannt ist und sich jederzeit durch äußere Einflüsse ändern kann, z.B. durch das Überspringen eines Funken oder Corona Entladung.
Genau das passiert ja, wenn die Spannung groß genug ist. Beispielsweise, wenn du einen Elektrozaun anfässt. Der Strom fließt ja über dich in den Boden
Ein Weidezaungerät ist aber geerdet um den Stromkreis zu schließen.
OK das klingt plausibel. Also würdest du sagen das also tatsächlich ein Elektronenüberschuss zumindest lokal in einem Teil des Stromkreisen entsteht der die Ursache für den Stromfluss ist? Würde dann aber nicht im Moment der Erdung ein kurzer Ausgleichsstrom fließen bis der Leiter dasselbe Potential hat wie die Erde?