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Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenenergie
 
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taxus1



Anmeldungsdatum: 05.11.2016
Beiträge: 17

Beitrag taxus1 Verfasst am: 13. Apr 2017 12:15    Titel: Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenenergie Antworten mit Zitat

Hi zusammen,
angenommen ich habe eine geschlossene Leiterschleife, in der durch B-Feld-Änderung ein Strom induziert wird. Wenn ich das ganze energetisch betrachte, wird dann die elektrische Energie (also die Energie, die im Stromfluss steckt) vollständig in Wärmeenergie umgewandelt oder nur zum Teil?

a) wenn die nicht vollständig in umgewandelt würde, wo würde dann die restliche Energie verbleiben?

b) elektrische Energie ist ja im Prinzip nichts anderes als kinetische Energie der Elektronen. Wenn nun also eine vollständige Umwandlung in Wärmeenergie stattfindet, dürften die Elektronen am Ende keine Geschwindigkeit mehr haben, oder?

wäre dankbar für Hilfestellung!
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3384

Beitrag ML Verfasst am: 13. Apr 2017 12:25    Titel: Re: Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenenergie Antworten mit Zitat

Hallo,

taxus1 hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich das ganze energetisch betrachte, wird dann die elektrische Energie (also die Energie, die im Stromfluss steckt) vollständig in Wärmeenergie umgewandelt oder nur zum Teil?

Die elektrische Energie steckt im elektrischen Feld und nur zu homöopathischen Dosen als Bewegungsenergie der Elektronen im Leiter. Sie wird, sofern der Leiter einen elektrischen Widerstand hat, nach und nach in den Leiter übergehen. Das Stichwort lautet Poyntingvektor ().

Zitat:

a) wenn die nicht vollständig in umgewandelt würde, wo würde dann die restliche Energie verbleiben?

Wenn die elektrische Energie nicht vollständig in Wärme übergeht, verbleibt sie als elektrische Feldenergie im Raum.

Zitat:

b) elektrische Energie ist ja im Prinzip nichts anderes als kinetische Energie der Elektronen.

Nein. Das stimmt nicht. Die elektrische Energie befindet sich im Raum um den Leiter. Ihre Energiedichte beträgt:

Viele Grüße
Michael
taxus1



Anmeldungsdatum: 05.11.2016
Beiträge: 17

Beitrag taxus1 Verfasst am: 15. Apr 2017 23:39    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Michael,
Vielen Dank für deine Antwort!
Wenn man mit einem Magneten ein E-Feld induziert, besteht dieses ja nur kurze Zeit. Wenn es dann weg ist, wo ist dann die Energie hin? Eigentlich müsste sie dann ja vollständig in Wärme umgewandelt worden sein oder?
Das E-Feld überträgt seine Energie auf die Elektronen, indem es sie beschleunigt, und die wiederum geben ihre kinetische Energie im Laufe der Zeit vollständig in Form vom Wärme ab (der Stromfluss in der Leiterschleife geht ja nicht unendlich weiter, sondern hört irgendwann auf.)

Wenn also nicht die ganze E-Feld-Energie am Ende in Wärme umgewandelt wurde, würde ich fragen, wo sie denn hin ist, da ja das induzierte E-Feld nicht mehr existiert.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 16. Apr 2017 14:48    Titel: Antworten mit Zitat

taxus1 hat Folgendes geschrieben:
Wenn man mit einem Magneten ein E-Feld induziert, besteht dieses ja nur kurze Zeit.


Warum? Das hängt doch ganz davon ab, wie lange der Magnet in Bewegung ist.
taxus1



Anmeldungsdatum: 05.11.2016
Beiträge: 17

Beitrag taxus1 Verfasst am: 16. Apr 2017 22:20    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, der Magnet ist ja nur eine begrenzte Zeit in Bewegung. Also existiert auch das E-Feld nur eine begrenzte Zeit. Meine Frage besteht darin, wo die Energie, die zunächst in diesem induzierten E-Feld steckt dann hingegangen ist, wenn das E-Feld nicht mehr existiert.
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3384

Beitrag ML Verfasst am: 16. Apr 2017 23:24    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

taxus1 hat Folgendes geschrieben:

Wenn man mit einem Magneten ein E-Feld induziert, besteht dieses ja nur kurze Zeit. Wenn es dann weg ist, wo ist dann die Energie hin?

Auf nicht zu kleinen Skalen kannst Du die Frage mit dem Poyntingvektor beantworten. Er zeigt Dir an, wohin die Energie räumlich hingeht.

Zitat:

Eigentlich müsste sie dann ja vollständig in Wärme umgewandelt worden sein oder?
Das E-Feld überträgt seine Energie auf die Elektronen, indem es sie beschleunigt, und die wiederum geben ihre kinetische Energie im Laufe der Zeit vollständig in Form vom Wärme ab (der Stromfluss in der Leiterschleife geht ja nicht unendlich weiter, sondern hört irgendwann auf.)

Wenn die Energie denn in Strom geht. Die Energie kann auch in den Raum abstrahlen. Wenn eine Leiterschleife in der Nähe ist, wird ein Teil der Energie natürlich auch in den Leiter transportiert und diesen erhitzen.

Leider macht die Maxwell'sche Feldtheorie auf kleinsten Längenskalen, zu deren Beschreibung sonst die Quantenmechanik verwendet wird, keine wirklich verlässlichen Aussagen mehr. Im Beispiel von einem Leiter kannst Du mit der Feldtheorie zwar klären, ob und wieviel elektromagnetische Feldenergie in einen Leiter hineingeht und ihn erwämt. Wie der Erhitzungsvorgang genau vonstatten geht und welche Wechselwirkung mit den einzelnen Atomen oder Elektronen im Leiter stattfindet, kannst Du ihr aber nicht mehr entlocken.

Am besten dürften sich damit die Festkörperphysiker auskennen. Ich denke, es ist frequenzabhängig, was die Feldenergie im Leiter macht. Ich kann mir beispielsweise Beschleunigung von Elektronen (Stromerzeugung), Anregung von Atomen oder auch Anregung von mechanischen Gitterschwingungen (Phononen) vorstellen.


Viele Grüße
Michael
taxus1



Anmeldungsdatum: 05.11.2016
Beiträge: 17

Beitrag taxus1 Verfasst am: 19. Apr 2017 11:57    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die Hilfe! Über die Möglichkeit, dass E-Feld-Energie sich auch einfach im Raum verlieren kann, war ich mir bisher noch nicht im Klaren.
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