Einfacher Stromkreis
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Einfacher Stromkreis - SystemPhysik 1 von 2 http://www.systemdesign.ch/index.php?title=Einfacher_Stromkreis&pri... Einfacher Stromkreis Aus SystemPhysik System Eine Glühbirne sei über zwei Drähte mit einer Batterie verbunden. Die Glühbirne brennt eine bestimmte Zeit, dann ist die Baterie leer und muss entsorgt werden. Man kann wahlweise den Plus- oder den Minuspol der Batterie erden, ohne dass die Glühbirne zu brennen aufhört. Andererseits leuchtet die Birne nicht mehr, sobald man einen der beiden Drähte irgendwo durchtrennt, sobald man den Stromkreis unterbricht. Bilder Um sich die Elektrizität vorzustellen, hat man seit jeher Bilder von den elektrischen Vorgängen gemacht. Dabei sind mehr oder weniger brauchbare Modelle entstanden. Stellt man sich den Strom als Bewegung von Elektronen vor, nimmt man ein Modell, das nicht direkt auf elektrotechnische Netzwerke (Spannung und Strom bei Widerständen, Kondensatoren und Spule) angewendet werden kann. Zudem darf man sich den Transport der Elektronen nicht als Bewegung im Sinne der klassischen Mechanik vorstellen, denn die Quantenmechanik erlaubt uns nicht, den Elektronen gleichzeitig eine Geschwindigkeit (Impuls) und einen Ort zuzuordnen. Das Elektronenmodell hilft auch nicht weiter, wenn der Energietransport von der Batterie zur Glühbirne erklärt werden soll. Untersucht man dagegen den Ladungstransport in Festkörpern, benötigt man ein mikroskopisches Modell. Das Bild, das man sich dann von den Elektronen macht, hat aber nichts mehr mit den roten Erbsen zu tun, wie sie in elementaren Lehrbüchern zu finden sind. Ein viel brauchbareres Bild liefert die hydroelektrische Analogie Begriff Hydrodynamik Elektrodynamik Menge Volumen elektrische Ladung Strom Volumenstrom elektrischer Strom Potenzial "Antrieb" Druck Druckdifferenz elektrisches Potenzial Spannung Quelle Pumpen Spannungsquelle Widerstand Strömungswiderstand Widerstand Kapazität Volumenspeicher Kondensator Induktivität Trägheit Spule Energiestrom IW = p IV IW = φ I Prozessleistung P = ∆p IV P=UI Besonderheit Ladung ist vorzeichenfähig Richtung des elektrischen Stromes ist Konvention Bezugspunkt wichtig Bezugspunkt entfällt unterschiedliche Charakteristiken Laminarströmung Gesamtladung gleich Null mit Widerstand gekoppelt in der Elektrizität von untergeordneter Bedeutung Leistung wird von zweitem Prozess aufgenommen 23.10.2008 18:02 Einfacher Stromkreis - SystemPhysik 2 von 2 Signalgeschwindigkeit http://www.systemdesign.ch/index.php?title=Einfacher_Stromkreis&pri... Schallgeschwindigkeit Lichtgeschwindigkeit hängt von Kapazität und Indukivität pro Länge ab Die hydroelektrische Analogie hat natürlich auch ihre Grenzen. So kann ein starker Strom durch ein Stück Eisenbahnschiene fliessen, ohne dass das Metall elektrisch geladen ist. Zudem hängt die Richtung des elektrischen Stromes von einer Konvention ab. Würde man die Ladung des Elektrons positv wählen, flössen augenblicklich alle elektrischen Ströme auf die andere Seite. elektromagnetisches Feld Ein ausgefeilteres Bild des einfachen Stromkreises erhält man mit Hilfe des elektromagnetischen Feldes. Ladungen sind Quellen und Senken des elektrischen Feldes, Ströme bilden den Kern eines magnetischen Wirbelfeldes. Zwei parallel Drähte bilden einen Kondensator. Verbindet man die Drähte an einem Ende mit den Polen einer Batterie, werden die Drähte elektrisch geladen. Dann sorgt eine sehr kleine Oberflächenladung für ein schwaches elektrisches Feld. Dieses Feld, das für die Spannung zwischen den beiden Leitern verantwortlich ist, bleibt auch bestehen, wenn die beiden andern Ende des Drahtes mit einem Glühbirnchen verbunden werden, wenn also ein Strom durch die beiden Drähte fliesst. Die Batterie sorgt dann dafür, dass die Spannung zwischen den Drähten und damit auch das zugehörige elektrische Feld nie verschwindet. Mit Batterie und Glühbirnchen fliesst ein elektrischer Strom im Kreis herum. Um die Drähte bildet sich je ein magnetisches Wirbelfeld. Die Ladungsmenge, die dabei durch einen Drahquerschnitt pro Sekunde transportiert wird, ist sehr viel grösser als die Ladung, die zum Aufbau der 4.5 V Spannung notwendig ist. Fragt man nun nach dem Energietransport von der Batterie zur Glühbirne, stösst man auf den PoyntingVektor. Dieser Vektor ist überall dort vorhanden, wo die elektrische und magnetische Feldstärke nicht gleich gerichtet sind. Der Poynting-Vektor beschreibt die Stromdichte der Energie im elektromagnetischen Feld. Weil das elektrische Feld im Innern der Zuleitungsdrähte sehr klein ist, darf nun behauptet werden, dass die Energie weiträumig von der Batterie zur Glühbirne durch das elektromagnetische Feld transportiert wird nur nicht durch den Draht, wie man aus dem naiven Bild der Erbsenelektronen folgern könnte. Von „http://www.systemdesign.ch/index.php?title=Einfacher_Stromkreis“ Kategorien: Elektro | UebAV Diese Seite wurde zuletzt am 15. Oktober 2007 um 04:31 Uhr geändert. 23.10.2008 18:02
