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keineahnungwirklich
Anmeldungsdatum: 20.03.2020
Beiträge: 1
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 keineahnungwirklich Verfasst am: 20. März 2020 19:56 Titel: Elektronenstau |
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Meine Frage:
Max sagt,dass ein Lämpchen mit einem größeren Widerstand zu einem größeren Elektronenstau und damit größeren elektrischen Druck im Leiter zwischen Minuspol und Lämpchen führt. Was ist sein Denkfehler?
Meine Ideen:
bin mir sehr unsicher aber denke mal das es nicht zu einem größeren elektrischen Druck führen würde
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1548
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| Nobby1 Verfasst am: 21. März 2020 12:33 Titel: |
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Die Elektronen sind ja kein Wasser in der Leitung. Der Stromfluss ist begrenzt von Plus nach Minus. Nicht nur zwischen Lämpchen und Minuspol. Da baut sich kein Druck auf.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 21. März 2020 13:14 Titel: Re: Elektrizitätslehre |
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Hallo,
| keineahnungwirklich hat Folgendes geschrieben: |
bin mir sehr unsicher aber denke mal das es nicht zu einem größeren elektrischen Druck führen würde |
Die Frage ist aus meiner Sicht etwas wirr. Was sind denn Elektronenstau und elektrischer Druck?
Darüber hinaus meine ich mich zu erinnern, dass sich an der Grenzfläche von einem guten Leiter (Zuleitung zur Glühlampe) zu einem schlechten Leiter (Glühdraht) tatsächlich Ladungen sammeln.
Viele Grüße
Michael
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 21. März 2020 13:24 Titel: |
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Na ja, es gibt durchaus das Analogiemodell eines Wasserkreislaufs im Vergleich mit einem Stromkreis. Dabei entspricht der Wasserdruck einer elektrischen Spannung und der Wasserstrom (Masse bzw. Volumen pro Zeit) dem elektrischen Strom. Die Pumpe, die den Wasserstrom im Kreis herum punpt, enstpricht der Spannungsquelle. Jede Engstelle, Wasserrad o.ä. im Wasserkreislauf entspricht einem ohmschen Widerstand im elektrischen Stromkreis. Bei konstantem Pumpendruck (Quellenspannung) ist der Wasserstrom (elektrische Strom) umso geringer, je größer der Widerstand im gesamten Kreis ist. Über jedem Widerstand im Wasserkreislauf ergibt sich ein Druckabfall. Der entspricht dem Spannungsabfall über einem ohmschen Widerstand im elektrischen Stromkreis.
Es gelten sogar dieselben grundsätzlichen Gestzmäßigkeiten gleichermaßen:
Ohmsches Gesetz:
Volumenstrom ist proportional dem Druck und umgekehrt proportional dem Widerstand
enstprechend: elektrischer Strom ist proportional der Spannung und umgekehrt proportional dem ohmschen Widerstand
Maschensatz:
Summe aller Druckabfälle in einem geschlossenen Wasserkreislauf ist gleich dem Pumpendruck
enstprechend: Summe aller Spannungsabfälle ist gleich der Quellenspannung
Knotenpunktsatz:
Die Summe aller auf eine Rohrverzweigung zufließenden Volumenströme ist gleich der Summe aller vom Verzweigungspunkt wegfließenden Volumenströme (Kontinuitätssatz)
enstprechend: Summe aller auf einen Knoten zufließenden Ströme ist gleich der Summe aller vom Knoten wegfließenden Ströme
Um eventuellen Einwänden zuvorzukommen: Ja, wie jedes Vergleichsmodell hinkt auch dieses, insbesondere wenn es um die analoge Nachbildung von Kapazität und Induktivität geht. Allerdings haben findige Köpfe auch dafür bestimmte Analogien gefunden: Wasserspeicherbecken <--> Kapazität, rotierendes Wasserrad <--> Induktivität.
Zuletzt bearbeitet von GvC am 21. März 2020 13:25, insgesamt einmal bearbeitet |
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Lehramtsstudent
Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77
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| Lehramtsstudent Verfasst am: 21. März 2020 13:25 Titel: |
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Wenn ein "Druck" vorhanden sein sollte, müsste dieser dann bei größeren Widerständen geringer werden, da hier mehr Leistung umgesetzt wird? Der Strom gibt an, wie viel durchfließt, d.h. nicht in Leistung umgesetzt wurde. Richtig?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 21. März 2020 13:48 Titel: |
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Hallo,
| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Na ja, es gibt durchaus das Analogiemodell eines Wasserkreislaufs im Vergleich mit einem Stromkreis. |
Einverstanden.
Was ist denn im elektrischen Modell mit dem Wort "Elektronenstau" gemeint, und welcher Größe entspricht das im Wasserkreislauf?
Ich kann mir kaum vorstellen, dass mit "Elektronenstau" die Oberflächenladungsdichte am Übergang zwischen zwei Leitern unterschiedlicher Leitfähigkeit (aber gleicher Stromstärke) gemeint ist. Wer gerade auf dem Niveau "Wasserkreislauf" an Strom und Spannung herangeführt wird, lernt nicht gleichzeitig das Gauß'sche Gesetz.
(Das braucht man ja, um die Ladungsdichte herzuleiten.)
Und wissen wir, wie das Birnchen elektrisch gespeist wird? Ich kann mir viele Versorgungen vorstellen:
- ideale Spannungsquelle
- ideale Stromquelle
- Quelle mit konstanter Leistung
und bin mir gar nicht so sicher, ob eine "Pumpe" im Modell das gleiche ist wie eine "ideale Spannungsquelle". Vielleicht erzwingt die Pumpe ja auch einen zeitlich konstanten Volumenfluss, dann wäre sie das Analogon zu einer "idealen Stromquelle". Die ideale Spannungsquelle wäre eher eine "Pumpe mit Hochbehälter".
Ich werde aus der Frage echt nicht schlau, denn
1) ist es richtig, dass es an der Grenzfläche eine Oberflächenladungsdichte gibt und
2) steigt die Spannung proportional zum Widerstand, wenn ich mit einer idealen Stromquelle speise.
Max hat nicht unbedingt einen Denkfehler.
Vermutlich meint der Lehrer die Speisung des Stromkreises mit einer idealen Spannungsquelle. Aber weshalb sollte man unter diesen Voraussetzungen diskutieren, ob die Spannung vom Widerstand abhängt?
Viele Grüße
Michael
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Lehramtsstudent
Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 22. März 2020 12:40 Titel: |
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Hallo,
| Lehramtsstudent hat Folgendes geschrieben: | | Schaut Euch mal diese PDF von Prof. Belcher an, insbesondere Kapitel 5. Ein Elektronenstau führt zu einem umgedrehten E-Feld, wodurch sich nach ganz kurzer Zeit ein Gleichgewicht herstellt: http://www.electroboom.com/share/FaradaysLaw_Mehdi.pdf |
Das PDF hat damit m. E. nichts zu tun. In der Erklärung von Prof. Belcher geht es darum, ein weitverbreitetes Missverständnis in Bezug auf elektrische Wirbelfelder zu klären. Ein gut vernetzter Youtube-Elektrobastler "Electroboom" meinte, er könne sich zu dem Thema qualifiziert äußern.
In Wirklichkeit hat er keine Ahnung, was Wirbelfelder sind.
Viele Grüße
Michael
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Lehramtsstudent
Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77
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| Lehramtsstudent Verfasst am: 22. März 2020 13:00 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | Hallo,
| Lehramtsstudent hat Folgendes geschrieben: | | Schaut Euch mal diese PDF von Prof. Belcher an, insbesondere Kapitel 5. Ein Elektronenstau führt zu einem umgedrehten E-Feld, wodurch sich nach ganz kurzer Zeit ein Gleichgewicht herstellt: http://www.electroboom.com/share/FaradaysLaw_Mehdi.pdf |
Das PDF hat damit m. E. nichts zu tun. In der Erklärung von Prof. Belcher geht es darum, ein weitverbreitetes Missverständnis in Bezug auf elektrische Wirbelfelder zu klären. Ein gut vernetzter Youtube-Elektrobastler "Electroboom" meinte, er könne sich zu dem Thema qualifiziert äußern.
In Wirklichkeit hat er keine Ahnung, was Wirbelfelder sind.
Viele Grüße
Michael |
Das würde ich gerne mehr verstehen. Am besten, ich erstelle dazu einen neuen Thread. Ich konnte Electrobooms Argumentation auch nicht so ganz nachvollziehen und denke, dass Potenzialdifferenzen nur für magnetostatische Fälle existieren können und deswegen (bzw. damit zusammenhängend) auch das Kirchhoffsche Gesetz nur für die Magnetostatik gilt. Die Kommentare unter Prof. Lewins Video, die meinten, es besser als Lewin zu wissen, waren mir ebenso unverständlich bzw. wenn ich sie verstand, erschienen sie mir nicht als "Argumente".
Zu diesem Thread: Okay, also ich hatte "Elektronenstau" jetzt ganz platt als "Ladungsüberschuss" übersetzt. Von der Formulierung her klingt es wie ein "Stau":
"This much larger initial current in the wire will cause the top of the left resistor to start charging up positive, since there is a much larger current flow coming in from the top of the wire than is able to leaving through the left resistor."
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 22. März 2020 14:38 Titel: |
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Hallo,
| Lehramtsstudent hat Folgendes geschrieben: |
Zu diesem Thread: Okay, also ich hatte "Elektronenstau" jetzt ganz platt als "Ladungsüberschuss" übersetzt. Von der Formulierung her klingt es wie ein "Stau":
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Ja, und dieser Ladungsüberschuss existiert innerhalb eines elektrischen Stromkreises beim Übergang von einem gut leitfähigen in ein schlecht leitfähiges Material.
Das Bild repräsentiert den Draht am Übergang zwischen dem Gebiet guter Leitfähigkeit (Zuleitungen) zum Gebiet schlechter Leitfähigkeit (Glühwendel). An beiden Orten herrscht im eingeschwungenen Zustand, den wir bei Gleichstromanwendungen annehmen können, die gleiche Stromdichte. Mit der Materialgleichung für Ohm'sche Widerstände berechnen wir:
 ,
da voraussetzungsgemäß für die Leitfähigkeit gilt:  .
Da kein Dielektrikum vorliegt, gehe ich von  aus. Es folgt dann:
 ,
Wir wählen als Symbol für die Querschnittsfläche den Buchstaben  . Mit dem Gauß'schen Gesetz ergibt sich dann
oder
)
Das bedeutet, dass die Grenzfläche an der (+)-Seite der Glühwendel positiv geladen ist (Elektronenmangel) und an der (-)-Seite der Glühwendel negativ geladen ist (Elektronenüberschuss).
Ich kann mir aber, wie gesagt, nicht vorstellen, dass dieser Zusammenhang im Thread gemeint war.
Viele Grüße
Michael
| Beschreibung: |
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| Dateigröße: |
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1646 mal |
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Lehramtsstudent
Anmeldungsdatum: 11.03.2018
Beiträge: 77
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| Lehramtsstudent Verfasst am: 22. März 2020 17:01 Titel: |
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Das ist ja genau die gleiche Begründung/Rechnung wie sie auch Prof. Belcher gibt. Hat es einen Grund, dass Du mit der Verschiebungsdichte, anstelle mit der Feldstärke rechnest (so wie auch Belcher)?
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Qubit
Anmeldungsdatum: 17.10.2019
Beiträge: 829
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| Qubit Verfasst am: 22. März 2020 17:55 Titel: Re: Elektronenstau |
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| keineahnungwirklich hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Max sagt,dass ein Lämpchen mit einem größeren Widerstand zu einem größeren Elektronenstau und damit größeren elektrischen Druck im Leiter zwischen Minuspol und Lämpchen führt. Was ist sein Denkfehler?
Meine Ideen:
bin mir sehr unsicher aber denke mal das es nicht zu einem größeren elektrischen Druck führen würde |
Offenbar soll dieses "Druckmodell" das Elektronengas-Modell (Drude) der Metalle verdeutlichen. Hier sind die Ladungsträgerdichte und Beweglichkeit wichtig.
"Druck" entsteht durch das elektrische Feld, angetrieben von der Spannung einer Quelle mit (+)-Überdruck und (-)-Unterdruck. Dieses "Druckgefälle" ist an den Polen immer gleich, egal wie sich der Druck "dazwischen" (in Leitungen und Widerständen) verteilt.
Der "Druckausgleich" geschieht dabei durch Fluss der Ladungsträger, und zwar so, dass er gleichmäßig in allen Leitungen erfolgt. Im Elektronengasmodel kommt es zu der "Driftgeschwindigkeit" der Elektonen (mm/s).
Im elektrischen ("ohmschen") Widerstand ist die Beweglichkeit der Elektronen nun geringer (fällt auch noch mit steigender Temperatur). Das bedeutet, dass das "Druckgefälle" im Widerstand geringer als an den Polen ist (bei gleicher Feldstärke, da Beweglichkeit*Feldstärke).
Der "Gesamtdruck" bleibt also gleich, er ist aber im Widerstand zum Plus- und Minus-Pol geringer.
So fliessen also in einer Leitung dem Widerstand entsprechend mehr oder weniger Elektronen je Zeiteinheit, ohne sich zu "stauen".
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