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Valaina
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 Valaina Verfasst am: 07. Jun 2009 12:34 Titel: Lecher-Leitung? Bitte gaaanz von vorne... |
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Hi Leute
Ich lern gerade für meine Abschlussprüfung und stehe in punkto Lecher-Leitung komplett auf dem Schlauch... Alle Erklärungen aus dem Internet setzen mir zu viel voraus, es scheitert schon an den Ansätzen. Mein Physikduden hilft mir nicht weiter und meine Lehrerin kanns selbst nicht...
Ich habe im Unterricht erzählt bekommen, dass sich stehende Wellen ausbilden, die man dann mit der jeweils entsprechenden Lampe sichtbar machen kann, was ich auch verstehe. Trotzdem sind mir einige Sachen ganz und gar unverständlich:
a) Warum braucht es eine Doppelleitung? bzw. warum müssen die drähte parallel zueinander sein - passiert zwischen den beiden etwas oder könnte man (wenn man die wechselstromquelle sozusagen "auseinanderziehen" würde) auch eine gerade linie nehmen, die in der mitte unterbrochen ist, verbunden oder einen widerstand hat?
b) Warum passiert überhaupt was bei offenen Enden? da dürfte doch gar nichts fließen, nach meinem elektrizitätsverständnis her...
c) Wenn man das ding kurzschließt, warum wird es nicht kaputt? Kann sein dass die Frage dumm ist, aber bisher dachte ich immer, ein Kurzschluss würde ein System kaputtmachen.
d) Warum lese ich an manchen Orten, dass die Länge der Drähte für das Ausbilden einer stehenden Welle scheinbar egal ist? Bis jetzt dachte ich, dass stehende Wellen sich nur ausbilden, wenn der Bereich zwischen den beiden Enden ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist.
e) Wo liegt der Unterschied zwischen der Kurzschlussschaltung und der offenen Lecherleitung?
f) Und abschließend: Wozu wird eine Lecherleitung gebraucht außer um zu zeigen, dass Strom- und Spannungsbäuche gegeneinander verschoben sind?
g) Und was mir jetzt dazu noch einfällt: Auf die Gefahr hin dass das eine dumme frage ist, aber warum gibt es überhaupt eine Phasenverschiebung bei der Lecherleitung?
Haltet mich nicht für dumm, aber auf so elementare Fragen finde ich irgendwie nirgends eine Antwort =/
Vielleicht erbarmt sich ja jemand, das ganze nochmal von gaaaanz vorn zu erklären ^^
lg
Valaina
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
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| schnudl Verfasst am: 07. Jun 2009 19:23 Titel: Re: Lecher-Leitung? Bitte gaaanz von vorne... |
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| Valaina hat Folgendes geschrieben: |
a) Warum braucht es eine Doppelleitung? bzw. warum müssen die drähte parallel zueinander sein - passiert zwischen den beiden etwas oder könnte man (wenn man die wechselstromquelle sozusagen "auseinanderziehen" würde) auch eine gerade linie nehmen, die in der mitte unterbrochen ist, verbunden oder einen widerstand hat?
Jede Leitung ist elektrotechnisch gesehen ein Vierpol und hat jeweils ein Klemmenpaar am Eingang und am Ausgang. Niemand sagt, dass die Leitungssegmente parallel zueinander sein müssen, aber es erleichtert die Sache ungemein. Die auseinandergezogene Leitung wäre ein "Antennendipol", und als solche strahlt dieser (Wirk)Energie in den Raum ab. Genau das ist bei technischen Leitungen unerwünscht, da jede Form der Abstrahlung immer mit Verlusten verbunden ist.
b) Warum passiert überhaupt was bei offenen Enden? da dürfte doch gar nichts fließen, nach meinem elektrizitätsverständnis her...
Die Leitung hat bei gegebener Einspeisung und gegebener Belastung am anderen Ende in jedem Punkt entlang der Leitung einen definierten Wert von Spannung und Strom. Bei (im Vergleich zur Wellenlänge) kurzen Leitungen, sind Spannung und Strom entlang der Leitung konstant. Bei langen Leitungen musst sind du dich von diesem Bild trennen, denn hier ändern sich Spannung und Strom entlang der Leitung. Es kann durchaus sein, dass am einen Ende ein Strom I1 hineinfliesst, aber am anderen Ende ein Strom I2 rausfliesst. Genauso sind die Spannungen an den beiden Enden i.A. nicht identisch.
Bei der offenen Leitung hast du am anderen Ende eine Unterbrechung, sodass dort kein Strom fliessen kann, d.h. I=0.
Bei einem Kurzschluss hast du dort hingegen eine leitende Verbindung, sodass keine Spannung auftreten kann, also U=0
c) Wenn man das ding kurzschließt, warum wird es nicht kaputt? Kann sein dass die Frage dumm ist, aber bisher dachte ich immer, ein Kurzschluss würde ein System kaputtmachen.
Ein Kurzsschluss im elektrotechnischen Sinn heisst nur in den seltensten Fällen, dass etwas kaputt wird, sondern, dass zwei Punkte A, B (in diesem Fall die Leitungsenden) ideal leitend verbunden sind, sodass die Spannung zwischen A und B verschwinden muss.
d) Warum lese ich an manchen Orten, dass die Länge der Drähte für das Ausbilden einer stehenden Welle scheinbar egal ist? Bis jetzt dachte ich, dass stehende Wellen sich nur ausbilden, wenn der Bereich zwischen den beiden Enden ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist.
Die stehende Welle wird sich bei einem Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende immer ausbilden. Am Ende ist dann ein Strom- oder Spannungsknoten. Was man hingegen am Eingang der Leitung vorfindet, hängt von der Länge der Leitung ab. Man muss gedanklich also vom Ende zum Anfang zurückgehen. Die Amplitude der stehenden Welle hängt jedenfalls sehr stark von der Leitungslänge ab.
e) Wo liegt der Unterschied zwischen der Kurzschlussschaltung und der offenen Lecherleitung?
Kurzschluss am Ende: Mit leitendem Bügel überbrückt => U=0
Offenes Ende: I=0
f) Und abschließend: Wozu wird eine Lecherleitung gebraucht außer um zu zeigen, dass Strom- und Spannungsbäuche gegeneinander verschoben sind?
Die Lecherleitung ist eine besonders einfache und intuitive Leitungsanordnung, da die beiden Leiterstränge an jeder Stelle offen und zugänglich sind. Dadurch eignet sie sich besonders für didaktisch motivierte Experimente. Man kann ja die Spannungsmaxima durch hin- und herschieben einer Glühlampe ermitteln, was bei einer Koaxialleitung nicht ginge.
g) Und was mir jetzt dazu noch einfällt: Auf die Gefahr hin dass das eine dumme frage ist, aber warum gibt es überhaupt eine Phasenverschiebung bei der Lecherleitung?
Elektromagnetische Wellen breiten sich entlang der Lecher-Leitung mit Lichtgeschwindigkeit aus. Da diese Geschwindigkeit endlich ist, dauert es eine gewisse Zeit, bis ein Impuls am Eingang den Ausgang erreicht. Genauso wird ein gerade anliegendes Strommaximum am Eingang nicht zu einem sofortigen Maximum am Ausgang führen. Vielmehr sieht das Ende zum Zeitpunkt t die Verhältnisse am Eingang zum Zeitpunkt t', wobei
die Laufzeit entlang der Leitung berücksichtigt.
Gehen wir mal aus von einer angepassten Leitung ohne Reflexionen:
Aus einem Eingangssignal
wird daher ein Ausgangssignal
)
Hier hast du eine Phasenverschiebung von -L/c !
Bei einer nicht angepassten Leitung (z.B. bei offenem Ende oder Kurzschlusss am Ende) sind die Verhältnisse komplizierter, da es Reflexionen gibt und diese berücksichtigt werden müssen. Trotzdem gibt es eine Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgang.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Valaina
Gast
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| Valaina Verfasst am: 07. Jun 2009 21:30 Titel: |
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Also erstmal ganz lieben Dank für die schnelle Antwort ^^
Trotzdem verstehe ich noch vieles nicht (das dazu wahrscheinlich benötigte Vorwissen haben wir in der Schule irgendwie nicht gemacht, was auch meine Verständnisschwierigkeiten allgemein erklären könnte...)
a) Jede Leitung ist elektrotechnisch gesehen ein Vierpol und hat jeweils ein Klemmenpaar am Eingang und am Ausgang. Niemand sagt, dass die Leitungssegmente parallel zueinander sein müssen, aber es erleichtert die Sache ungemein. Die auseinandergezogene Leitung wäre ein "Antennendipol", und als solche strahlt dieser (Wirk)Energie in den Raum ab. Genau das ist bei technischen Leitungen unerwünscht, da jede Form der Abstrahlung immer mit Verlusten verbunden ist.
=> Hmm, das mit dem Vierpol verstehe ich nicht ganz: soll das heißen, an jedem Ende ist sowohl ein positives und ein negatives Ende? (Ich gehe mal davon aus, dass das für Wechselstrom gilt, soll das dann heißen die beiden pole werden dann jeweils abwechselnd "angeschalten", und jeweils am zweiten Ende der umgekehrte Pol der am ersten Ende gerade aktiv ist?)
Das mit dem Dipol verstehe ich, aber theoretisch wäre dann doch die Lecherleitung nur ein in der Mitte geknickter Dipol, nicht? Was passiert denn dann mit den Feldlinien, dass hierbei scheinbar keine Wellen nach außen abgegeben werden?
b) Die Leitung hat bei gegebener Einspeisung und gegebener Belastung am anderen Ende in jedem Punkt entlang der Leitung einen definierten Wert von Spannung und Strom. Bei (im Vergleich zur Wellenlänge) kurzen Leitungen, sind Spannung und Strom entlang der Leitung konstant. Bei langen Leitungen musst sind du dich von diesem Bild trennen, denn hier ändern sich Spannung und Strom entlang der Leitung. Es kann durchaus sein, dass am einen Ende ein Strom I1 hineinfliesst, aber am anderen Ende ein Strom I2 rausfliesst. Genauso sind die Spannungen an den beiden Enden i.A. nicht identisch.
Bei der offenen Leitung hast du am anderen Ende eine Unterbrechung, sodass dort kein Strom fliessen kann, d.h. I=0.
Bei einem Kurzschluss hast du dort hingegen eine leitende Verbindung, sodass keine Spannung auftreten kann, also U=0
=> Also die offene Leitung ist ja irgendwie ein unendlich großer Widerstand - aber fließt in einem Wechselstromkreis mit unendlich großem Widerstand trotzdem ein Strom? darüber habe ich mir irgendwie nie Gedanken gemacht, aber wenn ja: werden dann einfach Elektronen ein wenig hin- und herbewegt, je nach Eingangspolung?
c) Ein Kurzsschluss im elektrotechnischen Sinn heisst nur in den seltensten Fällen, dass etwas kaputt wird, sondern, dass zwei Punkte A, B (in diesem Fall die Leitungsenden) ideal leitend verbunden sind, sodass die Spannung zwischen A und B verschwinden muss.
=> U = R*I => R = 0 , also U = 0 (Und im Falle der Offenen Enden dann U = R*I => R = U/I R=unendlich, Dividion durch 0 gibt unendlich, also I=unendlich) hab ich das so richtig verstanden?
d) Die stehende Welle wird sich bei einem Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende immer ausbilden. Am Ende ist dann ein Strom- oder Spannungsknoten. Was man hingegen am Eingang der Leitung vorfindet, hängt von der Länge der Leitung ab. Man muss gedanklich also vom Ende zum Anfang zurückgehen. Die Amplitude der stehenden Welle hängt jedenfalls sehr stark von der Leitungslänge ab.
=> Im Prinzip klar, nur was ist dann am Anfang? Dort müsste doch eigentlich auch irgendein Knoten sein, oder sehe ich das falsch? In dem Fall müsste sich dann die Frequenz sozusagen "anpassen", und das tut sie doch nicht, oder? Und... warum hängt denn die Amplitude von der Leitungslänge ab? das ist mir jetzt irgendwie unklar, obwohl ich glaub, ich denke nur grad falsch
e) verstanden =)
f) Verstanden =) Kannst du mir vielleicht noch kurz sagen was eine Koaxialleitung ist?
g) Oje, da versteh ich echt nur Bahnhof. Ich dachte eigentlich einfach daran, dass die Leitung ja eigentlich höchstens ein ohmscher Widerstand ist, und an dem eigentlich keine Phasenverschiebung auftritt? Im Gegensatz zu Spule und Kondensator, die ich hier aber nicht erkennen kann? =/
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 08. Jun 2009 05:54 Titel: |
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| Valaina hat Folgendes geschrieben: | Also erstmal ganz lieben Dank für die schnelle Antwort ^^
Trotzdem verstehe ich noch vieles nicht (das dazu wahrscheinlich benötigte Vorwissen haben wir in der Schule irgendwie nicht gemacht, was auch meine Verständnisschwierigkeiten allgemein erklären könnte...)
a) Jede Leitung ist elektrotechnisch gesehen ein Vierpol und hat jeweils ein Klemmenpaar am Eingang und am Ausgang. Niemand sagt, dass die Leitungssegmente parallel zueinander sein müssen, aber es erleichtert die Sache ungemein. Die auseinandergezogene Leitung wäre ein "Antennendipol", und als solche strahlt dieser (Wirk)Energie in den Raum ab. Genau das ist bei technischen Leitungen unerwünscht, da jede Form der Abstrahlung immer mit Verlusten verbunden ist.
=> Hmm, das mit dem Vierpol verstehe ich nicht ganz: soll das heißen, an jedem Ende ist sowohl ein positives und ein negatives Ende?
Wie sieht ein Verlängerungskabel aus? Es hat an jedem Ende zwei Klemmen und dazwischen sind zwei Drähte. Genau das bezeichnet man als Leitung. Siehe erstes Bild. Dinge mit Vier klemmen bezeichnet man als Vierpole. Das hat nichts mit Spannungsquellen zu tun 
[/color]
(Ich gehe mal davon aus, dass das für Wechselstrom gilt, soll das dann heißen die beiden pole werden dann jeweils abwechselnd "angeschalten", und jeweils am zweiten Ende der umgekehrte Pol der am ersten Ende gerade aktiv ist?)
Weisst du was eine Wechselspannungsquelle ist? Das zweite Bild zeigt den allgemeinen Betriebsfall einer Leitung. Links mit Spannungsquelle, rechts mit Last.
Das mit dem Dipol verstehe ich, aber theoretisch wäre dann doch die Lecherleitung nur ein in der Mitte geknickter Dipol, nicht? Was passiert denn dann mit den Feldlinien, dass hierbei scheinbar keine Wellen nach außen abgegeben werden?[/color]
Vergiss den Dipol hier; der ist viel zu kompliziert.
b) Die Leitung hat bei gegebener Einspeisung und gegebener Belastung am anderen Ende in jedem Punkt entlang der Leitung einen definierten Wert von Spannung und Strom. Bei (im Vergleich zur Wellenlänge) kurzen Leitungen, sind Spannung und Strom entlang der Leitung konstant. Bei langen Leitungen musst sind du dich von diesem Bild trennen, denn hier ändern sich Spannung und Strom entlang der Leitung. Es kann durchaus sein, dass am einen Ende ein Strom I1 hineinfliesst, aber am anderen Ende ein Strom I2 rausfliesst. Genauso sind die Spannungen an den beiden Enden i.A. nicht identisch.
Bei der offenen Leitung hast du am anderen Ende eine Unterbrechung, sodass dort kein Strom fliessen kann, d.h. I=0.
Bei einem Kurzschluss hast du dort hingegen eine leitende Verbindung, sodass keine Spannung auftreten kann, also U=0
=> Also die offene Leitung ist ja irgendwie ein unendlich großer Widerstand - aber fließt in einem Wechselstromkreis mit unendlich großem Widerstand trotzdem ein Strom? darüber habe ich mir irgendwie nie Gedanken gemacht, aber wenn ja: werden dann einfach Elektronen ein wenig hin- und herbewegt, je nach Eingangspolung?
Der Fall der am anderen Ende offenen Leitung ist im dritten Bild zu sehen.
Es fliesst aus der leitung natürlich nichts raus, was bedeutet, dass der Strom an der Ausgangsklemme Null ist. Trotzdem fliesst in die Leitung links Strom hinein, da diese ja gedanklich aus infinitesimalen Kapazitäten und Induktivitäten zusammengesetzt ist. Jede Leitung hat ein solches Ersatzschaltbild.
c) Ein Kurzsschluss im elektrotechnischen Sinn heisst nur in den seltensten Fällen, dass etwas kaputt wird, sondern, dass zwei Punkte A, B (in diesem Fall die Leitungsenden) ideal leitend verbunden sind, sodass die Spannung zwischen A und B verschwinden muss.
=> U = R*I => R = 0 , also U = 0 (Und im Falle der Offenen Enden dann U = R*I => R = U/I R=unendlich, Dividion durch 0 gibt unendlich, also I=unendlich) hab ich das so richtig verstanden?
I=U/R; R=unendlich ergibt I=0. Bei offenen Klemmen kann nichts rausfliessen.
d) Die stehende Welle wird sich bei einem Leerlauf oder Kurzschluss am Leitungsende immer ausbilden. Am Ende ist dann ein Strom- oder Spannungsknoten. Was man hingegen am Eingang der Leitung vorfindet, hängt von der Länge der Leitung ab. Man muss gedanklich also vom Ende zum Anfang zurückgehen. Die Amplitude der stehenden Welle hängt jedenfalls sehr stark von der Leitungslänge ab.
=> Im Prinzip klar, nur was ist dann am Anfang? Dort müsste doch eigentlich auch irgendein Knoten sein, oder sehe ich das falsch? In dem Fall müsste sich dann die Frequenz sozusagen "anpassen", und das tut sie doch nicht, oder? Und... warum hängt denn die Amplitude von der Leitungslänge ab? das ist mir jetzt irgendwie unklar, obwohl ich glaub, ich denke nur grad falsch
Der Anfang ist bei der Einspeisung an den linken Klemmen. Dort muss kein Knoten sein.
e) verstanden =)
f) Verstanden =) Kannst du mir vielleicht noch kurz sagen was eine Koaxialleitung ist?
Wikipedia
g) Oje, da versteh ich echt nur Bahnhof. Ich dachte eigentlich einfach daran, dass die Leitung ja eigentlich höchstens ein ohmscher Widerstand ist, und an dem eigentlich keine Phasenverschiebung auftritt? Im Gegensatz zu Spule und Kondensator, die ich hier aber nicht erkennen kann? =/
nein, das ist ganz und gar falsch. Das Ersatzschaltbild einer leitung besteht aus Induktivitäten und Kapazitäten. Wenn du eine Leitung kaufst, gibt es im Datenblatt Werte dafür pro Meter. |
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Valaina
Gast
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| Valaina Verfasst am: 08. Jun 2009 14:58 Titel: |
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Sooo, inwzischen habe ich einiges verstanden (hoff ich zumindest), trotzdem bin ich wieder zu einigen Grundsatzfragen gekommen.
Ich glaube ich hatte bis jetzt eine falsche Vorstellung von einer Leitung. Ich dachte das wäre ein einfacher Stromkreis, der am (linken) Ende eine Spannungsquelle hat, und am andren Ende nicht geschlossen bzw kurzgeschlossen ist x.x Meinen neuesten Erkenntnissen zufolge ist eine Leitung im Prinzip eine (ich zitiere) "Reihenschaltung vieler kleiner Induktivitäten und der Parallelschaltung vieler kleiner Kapazitäten".
Stimmt diese Aussage? : Gleichzeitig hat sie keine "Spannungsquelle", sondern wird nur über einen Dipol (Antenne) angeregt (deswegen ergibt sich das Problem mit dem Stromverlauf auch gar nicht mehr). Die ganze Leitung ist dann irgendwie ein "Schwingkreis".
Falls sie nicht stimmt: Bild 2, mit Quelle und Last verstehe ich, das ist meines Verständnisses nach ein Stromkreis - nur: wenn es keine Last gibt (also 0 oder unendlich), fließt dann deswegen trotzdem was weil es irgendeine Wechselwirkung zwischen den beiden Leitungssträngen gibt (da wo die Kondensatoren eingezeichnet sind)?
Was ich noch rausgefunden habe: Bei einer Leitung geht es nur darum, möglichst wenig Leistung dadurch zu verlieren, dass die Leitung schlecht angepasst ist, d.h. dass durch Reflexion sozusagen Leistung wieder "zurückgeschickt" wird, also genau das, was wir mit der Lecherleitung (die also eine ganz unangepasste Leitung ist) zeigen wollen.
Ich frage mich nun allerdings: Solche Leitungen haben immer was mit Antennen, Sendern oder Empfängern zu tun, stimmt das? Ansonsten glaub ich, ich denk schon wieder falsch =/ Denn dazu, dass solche Wellen überhaupt entstehen, brauchts ja einen Oszillator, also wäre ein normales Stromkabel eine andere Art von Leitung?
Tut mir leid dass ich so viele Anfängerfragen stelle, aber wir hatten das Thema irngendwie in der Schule nicht (auch nicht wirklich von Sender und Empfänger), uns wurde die Lecherleitung nur mit der Erklärung vorgesetzt, an ihr könnte man Strom- und Spannungsbäuche ablesen...
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
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| schnudl Verfasst am: 09. Jun 2009 20:10 Titel: |
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| Valaina hat Folgendes geschrieben: | Sooo, inwzischen habe ich einiges verstanden (hoff ich zumindest), trotzdem bin ich wieder zu einigen Grundsatzfragen gekommen.
Ich glaube ich hatte bis jetzt eine falsche Vorstellung von einer Leitung.
glaube ich gar nicht...
Ich dachte das wäre ein einfacher Stromkreis, der am (linken) Ende eine Spannungsquelle hat, und am andren Ende nicht geschlossen bzw kurzgeschlossen ist x.x
Eine Leitung ist jede Anordnung von Drähten zum Zwecke des Stromtransports. Am besten du stellst dir einfach ein Verlängerungskabel vor: das ist eine Leitung. Du kannst das Verlängerungskabel links anstecken und rechts offen lassen (Kein Strom), eine Last anhängen (Strom) oder kurzschliessen (viel viel Strom).
Meinen neuesten Erkenntnissen zufolge ist eine Leitung im Prinzip eine (ich zitiere) "Reihenschaltung vieler kleiner Induktivitäten und der Parallelschaltung vieler kleiner Kapazitäten".
Naja, das Ersatzschalbild einer Leitung ist eine solche Anordnung. Es heisst nicht, dass man diese Reihen- bzw. Parallelschaltungen tatsächlich sieht. Aber es wird leicht klar, dass eine Leitung z.B. eine Kapazität haben muss, da sich die beiden Einzelleiter bei Anlegen einer Spannung elekrisch aufladen und wie Kondensatorplatten in Längsform wirken. Gnauso gibt es eine Induktivität, da es ja einen hin- und einen Rückleiter gibt und somit eine (wenn auch in die Länge gezogene) Schleife.
Bei einem Verlängerungskabel machen sich diese Kapazitäten und Induktivitäten nicht bemerkbar, da die Frequenz von 50Hz sehr klein ist. Bei kleinen Frequenzen ist der Widerstand eines Kondensators sehr gross und jener einer Induktivität sehr klein, sodass man bei solchen Frequenzen tatsächlich vom klassischen Bild einer Leitung sprechen kann. Bei höheren Frequenzen machen sich die reaktiven Beläge der Leitung allerdings bemerkbar. Und ganz wesentlich werden diese, wenn die Wellenlänge mit der Leitungsdimension vergleichbar wird. Aber auch bei 50Hz Hochspannungsleitungen die tausende km lang sind, kommt es zu Effekten, die nur durch die exakte Leitungstheorie beschreibbar sind. 50Hz entspricht einer Wellenlänge von etwa 1000km, und so lange Leitungen gibt es natürlich...
Stimmt diese Aussage? : Gleichzeitig hat sie keine "Spannungsquelle", sondern wird nur über einen Dipol (Antenne) angeregt (deswegen ergibt sich das Problem mit dem Stromverlauf auch gar nicht mehr). Die ganze Leitung ist dann irgendwie ein "Schwingkreis".
Wie kommst du darauf? Was meinst du mit "keine Spannungsquelle"? Wenn du ein Verlängerungskabel ansteckst hast du auf der einen Seite eine Spannungsquelle. Die gehört aber nicht zur Leitung! Weiters hat ein Dipol nichts mit einer Leitung zu tun und die Ankopplung an eine Spannungsquelle kann natürlich durch direktes Anschliessen erfolgen (Steckdose).
Falls sie nicht stimmt: Bild 2, mit Quelle und Last verstehe ich, das ist meines Verständnisses nach ein Stromkreis - nur: wenn es keine Last gibt (also 0 oder unendlich), fließt dann deswegen trotzdem was weil es irgendeine Wechselwirkung zwischen den beiden Leitungssträngen gibt (da wo die Kondensatoren eingezeichnet sind)?
ja, es fliesst auch dann ein Strom aus der Steckdose in die Leitung, wenn diese am anderen Ende offen ist. Bei 50Hz ist dies aber vernachlässigbar, bei höheren Frequenzen nicht mehr. Der Stromkreis wir über die parallel liegenden Kapazitäten geschlossen.
Was ich noch rausgefunden habe: Bei einer Leitung geht es nur darum, möglichst wenig Leistung dadurch zu verlieren, dass die Leitung schlecht angepasst ist, d.h. dass durch Reflexion sozusagen Leistung wieder "zurückgeschickt" wird, also genau das, was wir mit der Lecherleitung (die also eine ganz unangepasste Leitung ist) zeigen wollen.
Wenn man nur eine in einer Richtung laufende Welle betrachtet, dann stehen Strom und Spannung an jedem Punkt der Leitung in einem festen Verhältnis, welches man als Wellenwiderstand der Leitung bezeichnet. Genauer ist der Wellenwiderstand
wobei l und c die Induktivitäts- und Kapazitätsbeläge in H/m und F/m sind. Der Wellenwiderstand einer Leitung ist nur von der Bauform der Leitung abhängig und nicht von deren Länge. Eine Koaxialleitung hat typischerweise einen Wellenwiderstand von 50 Ohm.
Ist eine Leitung am rechten Ende mit einem Widerstand abgeschlossen, der dem Wellenwiderstand entspricht (zB 50 Ohm bei einem Koaxkabel), so kommt es am Leitungsende nur zu keinen Reflexionen und damit auch nicht zu stehenden Wellen. Das ist der normalerweise erwünschte Betriebszustand, welchen man auch als "Anpassungsfall" bezeichnet. Ist der Abschlusswiderstand ungleich dem Wellenwiderstand, so kommt es zu Reflexionen und stehenden Wellen. Besonders extreme Fälle von Nichtanpassung sind Leitungen mit kurzgeschlossenem oder offenem Ende.
Ich frage mich nun allerdings: Solche Leitungen haben immer was mit Antennen, Sendern oder Empfängern zu tun, stimmt das? Ansonsten glaub ich, ich denk schon wieder falsch =/ Denn dazu, dass solche Wellen überhaupt entstehen, brauchts ja einen Oszillator, also wäre ein normales Stromkabel eine andere Art von Leitung?
Bei Antennen, Sendern und Empfängern geht es meist um hohe Frequenzen, bei denen die Abmessungen von Verbindunsstücken (Leitungen) vergleichbar mit der Wellenlänge werden. Man muss daher die Leitung in diesen Fällen (im Gegensatz zum "Stromkabel") exakt behandeln, indem man die reaktiven Beläge l und c berücksichtigt.
Tut mir leid dass ich so viele Anfängerfragen stelle, aber wir hatten das Thema irngendwie in der Schule nicht (auch nicht wirklich von Sender und Empfänger), uns wurde die Lecherleitung nur mit der Erklärung vorgesetzt, an ihr könnte man Strom- und Spannungsbäuche ablesen...
Die Leitungstheorie ist normalerweise auch Uni Stoff. Trotzdem kann man die Existenz von stehenden Wellen auch ohne tiefere Einblicke in die Theorie begreifen.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Valaina
Gast
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| Valaina Verfasst am: 09. Jun 2009 21:59 Titel: |
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Wunderbar, jetzt ist mir glaub ich ne Menge klar geworden =)
Vor allem durch:
| schnudl hat Folgendes geschrieben: |
Genauso gibt es eine Induktivität, da es ja einen hin- und einen Rückleiter gibt und somit eine (wenn auch in die Länge gezogene) Schleife.
und:
Bei einem Verlängerungskabel machen sich diese Kapazitäten und Induktivitäten nicht bemerkbar, da die Frequenz von 50Hz sehr klein ist. [...] Bei höheren Frequenzen machen sich die reaktiven Beläge der Leitung allerdings bemerkbar.
und:
ja, es fliesst auch dann ein Strom aus der Steckdose in die Leitung, wenn diese am anderen Ende offen ist. Bei 50Hz ist dies aber vernachlässigbar, bei höheren Frequenzen nicht mehr. Der Stromkreis wir über die parallel liegenden Kapazitäten geschlossen.
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Was ich mich jetzt noch frage ist: Fließen dann eigentlich in jeder x-beliebigen Leitung (die nach meinen neuesten Erkenntnissen eine Art "Doppeldraht" ist, ob nun parallel oder "verdrillt" wie beim Koaxialkabel ist egal) elektromagnetische Wellen? (Idee: Elektromagnetische Wellen entstehen doch in einem Schwingkreis - kann man die Leitung dann aufgrund ihrer "versteckten" Kapazitäten und Induktivitäten auch als Schwingkreis ansehen?) Auch in einem ganz normalen Stromkabel, das an die Steckdose angesteckt wird? Denn ich dachte irgendwie diese Leitung (in meinem Fall die Lecherleitung) sei eine besondere Leitung um Signale (z.B. Fernsehsignale oder ähnliches) zu transportieren, aber diese Signale unterscheiden sich vom "normalen" Strom nur durch ihre spezielle Wellenlänge, die diese genauere Betrachtung erforderlich machen?
Noch eine einfache Frage: wo sind diese Wellen denn dann räumlich zu finden - zwischen den beiden Drähten oder nur an einem der beiden, weil der andere Draht nur zur "Abschirmung" dient? (ist ja beim Koaxialkabel so, bei der Lecherleitung weiß ichs nicht genau)
Und zu der Bemerkung mit der Antenne: Wäre das aber auch eine mögliche Anwendung einer solchen Leitung? Also dass anstatt einer Spannungsquelle eine Antenne irgendwie mit dem einen Anfang der Leitung verbunden wird, sodass die aufgefangenen Wellen über die Leitung transportiert werden? Oder alternativ am Ende der Leitung eine Antenne angeschlossen wird, die die Wellen dann in den Raum aussendet?
Aber jedenfalls schon mal tausend Dank, du hast mir mega weitergeholfen, das jetzt sind nur mehr kleinere Zusatzfragen, das Prinzip hab ich jedenfalls verstanden =) Jetzt bin ich endlich dieses dumme Gefühl los, von einem Thema so überhaupt keine Ahnung zu haben 
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 10. Jun 2009 05:42 Titel: |
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| Valaina hat Folgendes geschrieben: |
Was ich mich jetzt noch frage ist: Fließen dann eigentlich in jeder x-beliebigen Leitung (die nach meinen neuesten Erkenntnissen eine Art "Doppeldraht" ist, ob nun parallel oder "verdrillt" wie beim Koaxialkabel ist egal) elektromagnetische Wellen?
Elektrische Energie wird immer in Form elektrischer und magnetischer Felder übertragen. Natürlich spricht bei Gleichstrom niemand von "Wellen". Trotzem breiten sich beim Einschalten einer Leitung an Gleichspannung elektromagetische Wellenfronten aus (sozusagen stufenförmige Änderungen), die wegen der Fehlanpasung am Ende und auch am Anfang so lange hin- und her reflektiert werden, bis jener Zustand erreicht ist, denn man aufgrund einer "normalen Gleichstromrechnung" bekommt. Ganz gut ist das hier beschrieben.
(Idee: Elektromagnetische Wellen entstehen doch in einem Schwingkreis - kann man die Leitung dann aufgrund ihrer "versteckten" Kapazitäten und Induktivitäten auch als Schwingkreis ansehen?)
würde ich nicht so sehen. Schwingkreise und Leitungen sind was ganz anderes.
Auch in einem ganz normalen Stromkabel, das an die Steckdose angesteckt wird? Denn ich dachte irgendwie diese Leitung (in meinem Fall die Lecherleitung) sei eine besondere Leitung um Signale (z.B. Fernsehsignale oder ähnliches) zu transportieren, aber diese Signale unterscheiden sich vom "normalen" Strom nur durch ihre spezielle Wellenlänge, die diese genauere Betrachtung erforderlich machen?
ja, immer wenn die Wellenlänge nicht sehr viel grösser als die Leitungslänge ist, muss man die Leitungstheorie verwenden.
Noch eine einfache Frage: wo sind diese Wellen denn dann räumlich zu finden - zwischen den beiden Drähten oder nur an einem der beiden, weil der andere Draht nur zur "Abschirmung" dient? (ist ja beim Koaxialkabel so, bei der Lecherleitung weiß ichs nicht genau)
Zeichne die Paralelldrahtleitung doch mal auf. Wie sehen das elektrische und magnetische Feld denn ca. aus?
Und zu der Bemerkung mit der Antenne: Wäre das aber auch eine mögliche Anwendung einer solchen Leitung? Also dass anstatt einer Spannungsquelle eine Antenne irgendwie mit dem einen Anfang der Leitung verbunden wird, sodass die aufgefangenen Wellen über die Leitung transportiert werden? Oder alternativ am Ende der Leitung eine Antenne angeschlossen wird, die die Wellen dann in den Raum aussendet?
Natürlich, das ist bei Antennen sogar der Normalfall. Eine GSM Antenne (du hast sowas sicher schon mal gesehen) sitzt ganz oben am Funkmast, und wird über eine schwarze, von unten kommende Koaxialleitung eingespeist. Die Antennenimpedanz und der Wellenwiderstand der Leitung passen nur in den seltensten Fällen zusammen, sodass zum Zweck der Anpassung noch ein sog. Impedanz-Anpassungselement dazwischengeschaltet wird, bevor man letztlich auf die Antenne geht.
 http://www.tricotel.at/1100%20%20Wien%20Funkmast.jpg
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Valaina
Gast
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| Valaina Verfasst am: 10. Jun 2009 14:46 Titel: |
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| schnudl hat Folgendes geschrieben: |
Zeichne die Paralelldrahtleitung doch mal auf. Wie sehen das elektrische und magnetische Feld denn ca. aus?
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(bin kein registrierter User, mein Bild ist auf:) berg.heim.at/tibet/452181/Lecher.jpg
Auf die Gefahr hin dass ichs falsch gezeichnet habe: rot wären die magnetischen Feldlinien, sozusagen wie eine Röhre um den draht (natürlich um den Ganzen) und blau die elektrischen Feldlinien (auch wieder in der ganzen Leitung). Hier erkenne ich, dass keine elektrischen Feldlinien die Konstruktion verlassen (da sie ja nicht außerhalb des Systems verlaufen, allerdings würden die magnetischen Feldlinien doch in den Raum hinausgesendet, liege ich da falsch?
Und irgendwie sehe ich jetzt noch nicht so ganz, wo sich denn hier jetzt die elektromagnetische Welle versteckt? Und eigentlich sollte die magnetische Welle sich doch auch entlang des Drahtes ausbreiten, aber in meiner Zeichnung bewegt sie sich nur in den Raum hinaus (das ist jetzt aber mehr eine generelle Frage, denn die stellt sich dann ja bei einem Dipolstab ebenfalls).
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 10. Jun 2009 15:11 Titel: |
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Ich stell das Bild mal hier rein.
Ja, so sehen die Felder aus. 
Es ist wichtig zu sehen, dass sich die magnetischen Felder zwischen den Leitersträngen addieren und aussen subtrahieren. Der wesentliche Anteil des Magnetfeldes ist also innerhalb des Leiters. Für das elektrische Feld gilt dies sowieso.
Wo ist nun die Welle?
Die Größe des roten und blauen Feldes oszilliert selbstverständlich mit der Zeit, da wir ja von Wechselstrom ausgehen. Zu dieser zeitlichen Komponente kommt aber noch eine räumliche, da die Grösse beider Felder von der Position entlang der Leitung abhängen welche z.B. vom Leitungsanfang gemessen wird.
Ein Schwingungsvorgang, der von t und x abhängt ist schon eine Welle. Insbesondere zeigt sich, dass eine hinlaufende Welle entlang der Leitung beschrieben wird durch
 = U_0 \sin (\omega t - 2\pi \cdot x/\lambda))
 = U(t, x) / Z_L)
Da U und I den Feldern E und H entsprechen, hat man diese x-Abhängigkeit auch für die Felder (=> elektromagnetische Welle). Selbstverständlich breitet sich die Welle auch senkrecht zur Leitung aus, dies ist aber eine unerwünschte Abstrahlung und fällt nicht so ins Gewicht. Um die Abstrahlung ganz zu verhindern, nimmt man üblicherweise Koaxialleitungen.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
Zuletzt bearbeitet von schnudl am 10. Jun 2009 16:09, insgesamt einmal bearbeitet |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 10. Jun 2009 15:25 Titel: |
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Hier ist übrigens ein ausgezeichnetes Applet zum Thema, welches das Thema Fehlanpassung und Reflexionen sehr gut visualisiert.
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