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ML
BeitragVerfasst am: 18. Dez 2025 18:35    Titel: Re: Kirchhoff-Gesetz

Hallo,


AndreasBerlin hat Folgendes geschrieben:
Frage zu Kirchhoffs erstes Gesetz. Also die elektrische Kraft ist konservativ, wodurch die Spannung einer geschlossenen Kurve 0 ist, wie man mathematisch einfach sieht.
Ich suche nach einem physikalischen Verständnis.
Mein Verständnis von Stromkreisen ist, dass durch die elektrische Kraft ein Ladungsteilchen von z.B. der Anode zur Kathode fließt und entsprechend elektrische Energie erhält. In dem Stromkreis können Widerstände verbaut sein. Widerstand führt nach dem Gesetz von Ohm dazu, dass die elektrische Energie des Teilchens reduziert wird, diese wird dafür benötigt um einen bestimmten Stromfluss durch den Widerstand und somit dem Stromkreis zu befördern. Die elektrische Energie eines Teilchens wird ausgehend von der Spannungsquelle durch den Widerstand bzw. die Widerstände auf 0 gebracht? Warum?

Wir betrachten einen Stromkreis aus einer Konstantspannungsquelle mit der Spannung U und einem Widerstand mit dem Widerstandswert R.
Der Widerstand soll metallisch sein.

Im Bereich des Widerstands wirkt eine elektrische Feldkraft auf die Ladungsträger mit der Ladung q.

Durch die elektrische Feldkraft erhalten die Ladungsträger Energie aus dem elektrischen Feld und werden beschleunigt. Die Beschleunigung erfolgt wegen (Leitungselektronen im Metall) in der zu entgegengesetzten Richtung. Die Ladungsträger behalten die Energie aber nicht, sondern geben sie durch ständige Stöße ab, so dass letztlich Energie aus dem elektrischen Feld in innere Energie bzw. thermische Energie des Bauteils Widerstand übergeht.

In der Spannungsquelle sind die Vorgänge umgekehrt. Dort werden die Ladungsträger entgegen der elektrischen Feldkraft bewegt, wodurch Energie in das elektrische Feld transportiert wird. Das machen Ladungen nicht freiwillig. Aber elektrische Kräfte sind auch nicht die einzigen Kräfte, die es gibt. Ursache für die Bewegung entgegen der Feldkraft kann beispielsweise sein, dass zusätzlich eine magnetische Kraft wirkt (z. B. bei Unipolarinduktion).


Viele Grüße
Michael



Hinweis: In vielen Anwendungssituationen ist E ein nichtkonservatives Feld. Das ist überall dort der Fall, wo (Ruhe-)Induktion stattfindet. Dort gilt die Kirchhoffsche Maschenregel nicht.
TechnikFan
BeitragVerfasst am: 17. Dez 2025 12:20    Titel:

AndreasBerlin hat Folgendes geschrieben:
Danke für deine Antwort. Ist mein Verständnis sonst erstmal korrekt?

Ich würde vorschlagen, erst einmal den Wikipedia-Artikel
https://de.wikipedia.org/wiki/Kirchhoffsche_Regeln
zu lesen.
"Kraft" kommt in diesem Artikel nicht vor.
TomS
BeitragVerfasst am: 16. Dez 2025 14:14    Titel: Re: Kirchhoff-Gesetz

AndreasBerlin hat Folgendes geschrieben:
Frage zu Kirchhoffs erstes Gesetz. Also die elektrische Kraft ist konservativ, wodurch die Spannung einer geschlossenen Kurve 0 ist, wie man mathematisch einfach sieht.
Ich suche nach einem physikalischen Verständnis.

Du suchst nach einem Verständnis für was genau? Den oben zitierten Texter, oder das folgende:

AndreasBerlin hat Folgendes geschrieben:
Mein Verständnis von Stromkreisen ist, dass durch die elektrische Kraft ein Ladungsteilchen von z.B. der Anode zur Kathode fließt und entsprechend elektrische Energie erhält. In dem Stromkreis können Widerstände verbaut sein. Widerstand führt nach dem Gesetz von Ohm dazu, dass die elektrische Energie des Teilchens reduziert wird, diese wird dafür benötigt um einen bestimmten Stromfluss durch den Widerstand und somit dem Stromkreis zu befördern. Die elektrische Energie eines Teilchens wird ausgehend von der Spannungsquelle durch den Widerstand bzw. die Widerstände auf 0 gebracht? Warum?

Vielleicht ist es am einfachsten, das zunächst ohne Widerstand zu betrachten.

Im elektrischen Feld der Stärke E hat ein Teilchen der Ladung q die potentielle Energie



wobei Delta x der (kleine) Abstand ist, über den die potentielle Energie betrachtet wird.

Das entspricht der Formel



der potentiellen Energie eines Teilchens der Masse im Gravitationsfeld der Stärke g und einer Höhendifferenz Delta h.

Das elektrische Potential und somit die potentielle Energie eines Teilchens im Feld reduziert sich entlang des Drahtes, so wie sich die potentielle Energie eines Teilchens im Gravitationsfeld reduziert, wenn man es näher an die Erdoberfläche bringt.

Bewegt man ein Teilchen gedanklich* entgegen der Kraft entlang einer Feldlinie, so muss diese Energie aufgewendet werden; bewegt sich das Teilchen in Richtung der Kraft entlang** der Feldlinie, so wird diese potentielle in kinetische Energie umgewandelt, das Teilchen beschleunigt, die Summe aus potentieller und kinetischer Energie bleibt konstant.

Die Prozesse innerhalb der Stromquelle wie einer Batterie ignorieren wir dabei.

Berücksichtigt man nun den ohmschen Widerstand, so kann man sich das ähnlich zu Reibung vorstellen; ein Teil der potentiellen Energie wird als Wäre frei, die Geschwindigkeit der Elektronen im Leiter wird nicht beliebig hoch sondern erreicht einen endlichen Grenzwert.



* die Bewegung entgegen der Kraft ist nur eine mathematische Methode, um die potentielle Energie aus der Kraft bzw. der Feldstärke zu gewinnen; in der Praxis bewegt niemand das Elektron entgegen der Kraft im Draht

** tatsächlich bewegt sich das beschleunigte Teilchen i.A. nicht entlang einer Feldlinie, nur in ein Ausnahmefällen
AndreasBerlin
BeitragVerfasst am: 16. Dez 2025 11:00    Titel:

Danke für deine Antwort. Ist mein Verständnis sonst erstmal korrekt?
Nobby1
BeitragVerfasst am: 16. Dez 2025 10:34    Titel:

Das Teilchen (Elektron) verliert keine Energie.
Es wandert vom Minuspol Kathode zum Pluspol Anode (physikalische Stromrichtung). Die technische Stromrichtung ist umgekehrt. Der gerichtete Fluss im elektrischen Feld entspricht dem Strom I.
Der Strom I ergibt sich aus U/R. R sind die Widerstände.
Das ganze in einem Zeitintervall ergibt die Arbeit, die der Energie entspricht.
W = U*I*t = E Die Elektronen reiben sich in dem Leiterwiderstand und erzeugen dadurch Wärme, was auch der Energie entspricht.
AndreasBerlin
BeitragVerfasst am: 16. Dez 2025 10:06    Titel: Kirchhoff-Gesetz

Frage zu Kirchhoffs erstes Gesetz. Also die elektrische Kraft ist konservativ, wodurch die Spannung einer geschlossenen Kurve 0 ist, wie man mathematisch einfach sieht.
Ich suche nach einem physikalischen Verständnis.
Mein Verständnis von Stromkreisen ist, dass durch die elektrische Kraft ein Ladungsteilchen von z.B. der Anode zur Kathode fließt und entsprechend elektrische Energie erhält. In dem Stromkreis können Widerstände verbaut sein. Widerstand führt nach dem Gesetz von Ohm dazu, dass die elektrische Energie des Teilchens reduziert wird, diese wird dafür benötigt um einen bestimmten Stromfluss durch den Widerstand und somit dem Stromkreis zu befördern. Die elektrische Energie eines Teilchens wird ausgehend von der Spannungsquelle durch den Widerstand bzw. die Widerstände auf 0 gebracht? Warum?
Ich hoffe mir kann jemand helfen und mein Verständnis ist nicht vollkommen falsch, ich habe erst neulich angefangen mich mit diesem Thema zu beschäftigen und es ist noch vieles neu für mich.

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