Ideales Gasgesetz

Stromkreis und Wassermodell des Stromkreises
Vergleichen wir nun das Wassermodell des elektrischen Stromkreises mit dem Stromkreis
selbst!
Die Abbildung dazu ist über folgenden Link ersichtlich:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/elektrischegrundgroessen#Elektrische%20Spannung%20und%20Energie
1.) Gravitationsspannung
Im Wassermodell pumpt eine Pumpe Wasser von unten nach oben. Das höher gelegene
Wasser wird nun durch die Erdanziehung nach unten gezogen.
Es ist klar, dass 1kg Wasser mehr Energie auf die Turbine übertragen kann, wenn der
Höhenunterschied der Becken größer ist.
Beim Antrieb der Turbine verrichtet also das Gravitationsfeld Arbeit W an der Wassermasse
und damit an der Turbine. Ist der Höhenunterschied 10m,
dann beträgt die vom Gravitationsfeld an 3kg Masse verrichtete Arbeit
W=30N10m=300Nm=300J, denn Arbeit ist ja bekanntlich KraftWeg!
Natürlich entspricht diese Arbeit der übertragenen Energie!
Um die Tauglichkeit der Strecke für die Energiegewinnung jedoch beurteilen zu können,
müssen wir schauen, wie viel Energie pro Masse sie herausholt! Diejenige Strecke, die aus
1kg Wasser mehr Energie herausholt ist die bessere!!
Die richtige Beurteilungsgröße hierfür ist die Gravitationsspannung G zwischen oberen und
unterem Becken!
In unserem Beispiel gilt G 
W 300 J

 100 J / kg .
m
3kg
2.) Elektrische Spannung
Hier übernimmt die Batterie die Rolle der Pumpe. In der Animation wird negative Ladung
von der Batterie zum Minuspol und dann in weiterer Folge durch den Glühdraht zum Pluspol
gedrückt.
Stellt man den Vorgang durch die technische Stromrichtung dar, dann gelangt man zur
Darstellung, dass positive Ladung vom Pluspol durch die Glühbirne zum Minuspol
gedrückt wird. Die Pole der Batterie bauen im Glühfaden nämlich ein elektrisches Feld auf,
welches die Ladungen durch den Leiter drückt.
Wollen wir die Güte der Batterie beurteilen, dann kommt es darauf an, welche Arbeit pro
Ladungsmenge das elektrische Feld im Verbraucher übertragen wird!
Diese Größe heißt elektrische Spannung U
U
W
.
q
1
Betrachten wir dazu einen Ladungsträger der Ladungsmenge 0,4C
(Die Ladungsmenge eines einzelnen Ladungsträgers ist zwar viel kleiner, aber die
handlicheren Zahlen sollen den Verständnisprozess erleichtern.)
Nun drückt das von der Spannungsquelle in einem Leiter aufgebaute Feld den
Ladungsträger mit einer Kraft von 2N durch den 3m langen Leiter.
Das Feld der Spannungsquelle verrichtet also die Arbeit.
W=2N3m=6J
Nachdem die Spannung zwischen den Enden des Leiters jedoch die Energie, die pro
Ladungsmenge auf der Strecke zugeführt wird, ist die Spannung
U
W
6J

 15Volt  15V
q 0,4C
Eine Spannung von 15V zwischen den Enden des Leiters bringt also zum Ausdruck, dass
einer Ladungsmenge von 1Coulomb von der Spannungsquelle eine Energie von 15J
zugeführt wird, wenn sie durch den gesamten Leiter gedrückt wird!
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