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dergeraet
Gast
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 dergeraet Verfasst am: 22. Aug 2020 22:26 Titel: Zusammenhang Spannungsabfall Potentialunterschied? |
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Meine Frage:
Guten Abend,
Ich Studiere Maschinenbau und bräuchte mal Hilfe zu einer grundlegenden Frage zum Thema Elektrotechnik die mich die ganze Zeit beschäftigt und hoffe mir kann es einer genau erklären.
Es geht darum, dass man in einer elektrischen Schaltung sagt, dass an einem Widerstand eine Spannung abfällt.
Die Spannung ist meines Wissens definiert als als Potentialunterschied zwichen zwei Punkten (Polen). Das bedeutet ja das zwei Punkte unterschiedlich geladene Atome besitzen. Also ein Punkt, Atome mit Elektronenüberschuss und der andere Punkt Atome mit Elektronenmangel. Weil Atome das bestreben haben sich auszugleichen wandern die Elektronen durch einen Leiter von den Anionen zu den Kationen wodurch der Ladungsausgleich stattfindet. Es fließt also ein elektrischer Strom. Umso mehr Anionen bzw Kationen beide Pole besitzen umso höher ist das elektrische Potential der Pole also umso höher die Spannung. Die Spannung wird also definiert als Elektronen Differenzmenge beider Pole. Soviel zu meinem Vorwissen. Jetzt zu meiner Frage
Man sagt ja, dass an einem Widerstand in einer Reihenschaltung Spannung abfällt. Da Spannung als potentialunterschied definiert ist müsste sich doch auch das Potential ändern was doch unlogisch ist. Es ändert sich doch nicht auf einmal die Anzahl der Protonen oder Elektron in den Atomen der Pole wenn man einen Widerstand zwichen die Pole setzt. Also müsste das Potential (und damit die Spannung) doch gleich bleiben? Der einzige Weg das Potential um einen bestimmten Wert zu ändern ist doch solange abzuwarten bis ein ausreichender Ladungsausgleich stattgefunden hat, also sich genug Ionen in den Polen entladen haben.
vielen Dank schonmal im Vorraus
Meine Ideen:
Ich bin mir nicht sicher ob Spannung im physikalischen Sinne wirklich richtig verstanden habe
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 23. Aug 2020 00:07 Titel: |
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| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Die Spannung ist meines Wissens definiert als als Potentialunterschied zwichen zwei Punkten (Polen). |
Richtig.
| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Das bedeutet ja das zwei Punkte unterschiedlich geladene Atome besitzen. |
Nein, das ist eine etwas abenteuerliche Vorstellung. Ein stromdurchflossener elektrischer Leiter - ein Widerstand ist nichts anderes als das - ist an jeder Stelle elektrisch neutral, hat also überall gleich viele positive und negative Ladungen. Genauer: Die negative Ladungsträgerdichte ist an jeder Stelle genauso groß wie die positive Ladungsträgerdichte. Der einzige Unterschied ist der, dass sich die negativen Ladungsträger bewegen und die positiven ortsfest sind.
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 00:39 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Die Spannung ist meines Wissens definiert als als Potentialunterschied zwichen zwei Punkten (Polen). |
Richtig.
| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Das bedeutet ja das zwei Punkte unterschiedlich geladene Atome besitzen. |
Nein, das ist eine etwas abenteuerliche Vorstellung. Ein stromdurchflossener elektrischer Leiter - ein Widerstand ist nichts anderes als das - ist an jeder Stelle elektrisch neutral, hat also überall gleich viele positive und negative Ladungen. Genauer: Die negative Ladungsträgerdichte ist an jeder Stelle genauso groß wie die positive Ladungsträgerdichte. Der einzige Unterschied ist der, dass sich die negativen Ladungsträger bewegen und die positiven ortsfest sind. |
Das war mir ja auch klar aber hat doch nichts mit meinem Zitierten Text oder meiner Frage zu tuhn. Das die Atome (welche durch ihre Protonen und Neutronen und Orbitale auf denen der Lektronen austausch stattfindet definiert sind) sich nicht bewegen ist ja logisch und das die Ladungsdichte im Leiter beim "weiterschieben" der Elektronen von einem Punkt zum anderen gleich bleibt dementsprechend auch.
Du hast ja verneint, dass die beiden Pole unterschiedlich geladenen Atome besitzen. Könntest du das evtl erläutern?
Zudem hast du behauptet, dass ein Widerstand erst als solcher anzusehen ist wenn er Elektronen "durchfloßen" wird, auch wenn ich nicht weiß, was das mit meiner Frage zu tun hat. Ich dachte immer ein Widerstand nennt man allgemein alles was einen bestimmten Leitwert unterschreitet. Angenommen wir hätten theoretisch einen idealen Leiter mit unendlichem Leitwert, durch den ein Strom fließt, dann müsste es ja nach deiner Definition ein Widerstand sein.
Und dann wäre ich dir sehr dankbar wenn du noch auf meine Frage ieingehen Könntest 
Vielen Dank
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 23. Aug 2020 01:20 Titel: |
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| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Du hast ja verneint, dass die beiden Pole unterschiedlich geladenen Atome besitzen. Könntest du das evtl erläutern? |
Du meinst ja, die beiden Pole seien die beiden Enden eines stromdurchflossenen Widerstandes. Warum sollten die Atome an einem Ende des Widerstande anders geladen sein als die am anderen Ende? Die positiven Atomrümpfe an einem Ende teilen sich genausoviele Elektronen wie die am anderen Ende (z.B. 2 Elektronen pro Kupferatom).
| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Zudem hast du behauptet, dass ein Widerstand erst als solcher anzusehen ist wenn er Elektronen "durchfloßen" wird, |
Da hast Du mich falsch verstanden, oder ich habe mich missverständlich ausgedrückt. Dein Text erweckte bei mir den Eindruck, dass Du von der E-Technik überhaupt keine Ahnung hast. Deshalb wollte ich klarstellen, dass ein elektrischer Leiter (dazu gehören beispielsweise alle Metalle) immer einen elektrischen Widerstand darstellt unabhängig davon, ob er stromdurchflossen ist oder nicht.
| dergeraet hat Folgendes geschrieben: | | Und dann wäre ich dir sehr dankbar wenn du noch auf meine Frage ieingehen Könntest |
Welche Frage? Kannst Du die nochmal in einen einzigen Satz fassen?
Eines ist jedenfalls sicher: In und an einem Widerstand findet kein Ladungsausgleich statt. Da bewegen sich, wenn überhaupt, nur Elektronen mit einer konstanten, meist sehr geringen Geschwindigkeit durch. Sie werden durch eine Energiequelle, die irgendwo in dem Stromkreis liegt, da hindurch gepumpt. Was in dieser Quelle passiert, ist eine ganz andere Sache. Aber hier ging es ja nicht um eine Spannungs- oder Stromquelle, sondern nur um Widerstände.
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 05:37 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Du meinst ja, die beiden Pole seien die beiden Enden eines stromdurchflossenen Widerstandes. Warum sollten die Atome an einem Ende des Widerstande anders geladen sein als die am anderen Ende? Die positiven Atomrümpfe an einem Ende teilen sich genausoviele Elektronen wie die am anderen Ende (z.B. 2 Elektronen pro Kupferatom). |
Wie kommst du denn darauf? Das habe ich nie behauptet.
| GvC hat Folgendes geschrieben: | Welche Frage? Kannst Du die nochmal in einen einzigen Satz fassen?
Eines ist jedenfalls sicher: In und an einem Widerstand findet kein Ladungsausgleich statt. Da bewegen sich, wenn überhaupt, nur Elektronen mit einer konstanten, meist sehr geringen Geschwindigkeit durch. Sie werden durch eine Energiequelle, die irgendwo in dem Stromkreis liegt, da hindurch gepumpt. Was in dieser Quelle passiert, ist eine ganz andere Sache. Aber hier ging es ja nicht um eine Spannungs- oder Stromquelle, sondern nur um Widerstände. |
Ich hab keine Ahnung wie du darauf kommst, dass es um Widerstände geht. Und der von dir gestellte Zusammenhang von Widerstand und Ladungsausgleich erschließt sich mir auch nicht ganz
Ich versuch die Frage nochmal zusammenzufassen:
Der Merksatz in der Reihenschaltung lautet: Spannung fällt am Widerstand ab. Da Spannung als Potentialunterschied definiert ist, wäre die Schlussfolgerung, dass sich das Potential zwichen den beiden Polen ändern würde, was aber doch nicht der Fall ist.
Ich habe das Gefühl, dass ich die elektrische Spannung noch nicht ganz verstanden habe. Ich brauche nur eine "natürliche" nachvollziehbare Erklärung für ihr verhalten 
Am besten du liest meinen ersten Beitrag nochmal.
Bitte nur Antworten wenn das physikalische Grundwissen dazu vorhanden ist. Dieses ganze Halbwissen hat mich bisher nur noch mehr verwirrt und mich selber an meinem (ziemlich grundlegenden) Wissen an Elektrotechnik zweifeln lassen.
Danke und Gruß
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1548
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| Nobby1 Verfasst am: 23. Aug 2020 07:43 Titel: |
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Stell Dir bildlich einen einen Elektrischen Leiter als ein Rohr oder Schlauch vor der an einem Ende mit einem Hahn verschlossen ist. Am anderen Ende ist eine Pumpe die Druck aufbaut. Das Wasser entspräche den Elektronen. Wenn man nun den Hahn öffnet, also bei einer elektrischen Schaltung einen Kontakt herstellt übt der Wasserdruck das Potential zwischen Eingang und Ausgang des Rohes aus und Wasser fliesst aus, genauso wie sich die Elektronen im Leiter bewegen. Da gibt es keine Anionen oder Kationen. Da gibt es nur positive Atomkerne und die negativen Elektronen. Im Schlauch halt Wassermokeküle, die sich in dem einen Fall bewegen in dem anderen halt nicht, wenn der Hahn geschlossen ist.
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 08:06 Titel: |
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Danke für die Antwort aber dieses Beispiel mit der analogie zum Wassermodell ist denke ich unnötig da ich das Prinzip des elektrischen Stroms verstanden habe und ja auch in meinem ersten Post beschreibe.
Meine Frage ist nach wie vor eine andere.
Dein Post wirft allerdings noch eine weitere Frage auf. Es gibt also bei einer Spannungsquelle in den Polen keine Anionen und Kationen? Ich bin die ganze Zeit davon ausgegangen, dass dieser sogenannte potentialunterschied einzig und allein auf dem Ladungsausgleich von Ionen basiert? Jetzt bin ich komplett verwirrt. Wie genau werden die Elektronen denn angeregt von einem zum anderen Punkt zu wandern wenn keine Ladungsdifferenz zwichen den Polen herrscht?
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1548
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| Nobby1 Verfasst am: 23. Aug 2020 08:59 Titel: |
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In einer Batterie werden mit Hilfe einer chemischen Reaktion, wo in der Tat Anionen und Kationen beteiligt sind eine Ladungstrennung durch geführt. Es gibt einen Überschuss und einen Unterschuss an Ladungsträgern. Was aber vorher beschrieben wurde ist der Stromfluss durch einen elektrischen Leiter. Wie schon angemerkt zwei getrennte Paar Schuhe.
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 09:47 Titel: |
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| Nobby1 hat Folgendes geschrieben: | | In einer Batterie werden mit Hilfe einer chemischen Reaktion, wo in der Tat Anionen und Kationen beteiligt sind eine Ladungstrennung durch geführt. Es gibt einen Überschuss und einen Unterschuss an Ladungsträgern. Was aber vorher beschrieben wurde ist der Stromfluss durch einen elektrischen Leiter. Wie schon angemerkt zwei getrennte Paar Schuhe. |
Gut ich dachte schon mir mangelt es schon an grundlegendem physikalischem Verständnis. Dass für einem Potentialunterschied an den Polen Ionen von nöten sind welche einen Stromfluss erst anregen ist also richtig? Dass die Elektronen, welche sich durch das Elektronengas im Leiter bewegen, die Atome im Bruchteil eines moments zu einem Ion macht ist mir gar nicht in den Sinn gekommen und ist für die Überlegung eigentlich auch irrelevant, falls du das meintest.
Dann wär das ja geklärt aber das beantwortet leider halt immernoch nicht meine Frage
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 09:48 Titel: |
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| Nobby1 hat Folgendes geschrieben: | | In einer Batterie werden mit Hilfe einer chemischen Reaktion, wo in der Tat Anionen und Kationen beteiligt sind eine Ladungstrennung durch geführt. Es gibt einen Überschuss und einen Unterschuss an Ladungsträgern. Was aber vorher beschrieben wurde ist der Stromfluss durch einen elektrischen Leiter. Wie schon angemerkt zwei getrennte Paar Schuhe. |
Gut ich dachte schon mir mangelt es schon an grundlegendem physikalischem Verständnis. Dass für einem Potentialunterschied an den Polen Ionen von nöten sind welche einen Stromfluss erst anregen ist also richtig? Dass die Elektronen, welche sich durch das Elektronengas im Leiter bewegen, die Atome im Bruchteil eines moments zu einem Ion macht ist mir gar nicht in den Sinn gekommen und ist für die Überlegung eigentlich auch irrelevant, falls du das meintest.
Dann wär das ja geklärt aber das beantwortet leider halt immernoch nicht meine Frage
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 09:49 Titel: |
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sorry für den doppelpost. Mein Internet ist nicht das beste
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1548
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| Nobby1 Verfasst am: 23. Aug 2020 09:52 Titel: |
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Welche Frage noch?
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 10:09 Titel: |
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Der Merksatz in der Reihenschaltung lautet: Spannung fällt am Widerstand ab. Da Spannung als Potentialunterschied definiert ist, wäre die Schlussfolgerung, dass sich das Potential zwichen den beiden Polen ändern würde, was aber doch nicht der Fall ist.
Ich glaube dass ich mir die Antwort mittlerweile einigermaßen selber herleiten konnte wobei ich doch gerne eine ganz klare Antwort auf die Frage hätte
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 23. Aug 2020 11:44 Titel: |
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Hallo,
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
Nein, das ist eine etwas abenteuerliche Vorstellung. Ein stromdurchflossener elektrischer Leiter - ein Widerstand ist nichts anderes als das - ist an jeder Stelle elektrisch neutral, hat also überall gleich viele positive und negative Ladungen. Genauer: Die negative Ladungsträgerdichte ist an jeder Stelle genauso groß wie die positive Ladungsträgerdichte. Der einzige Unterschied ist der, dass sich die negativen Ladungsträger bewegen und die positiven ortsfest sind. |
das gilt innerhalb des Widerstandes. Ich glaube aber, die Frage zielt auf ein Verständnis dessen, ob der Spannungsabfall beim Widerstand durch Ladungsunterschiede an den beiden äußeren Kontakten des Widerstandes begleitet/hervorgerufen wird.
Es ist tatsächlich so, dass sich jeweils am Übergang zwischen Leiterdraht und Widerstand eine von null verschiedene Ladungsdichte ergibt.
Zur Vereinfachung gehen wir von einer konstanten Querschnittsfläche  sowohl im (Kupfer-)Leiter als auch im Widerstand aus.
Dann ist die elektrische Feldstärke  im Kupfer gering und die elektrische Feldstärke  im Widerstand ist groß. Diese wird hier durch die Pfeile dargestellt.
Nun betrachten wir ein schmales Volumenelement, das die Kontaktfläche von der Seite der Stromzuführung enthält (gelb markiert, links). Wenn wir das Gauß'sche Gesetz auf dieses Volumenelement anwenden, so ergibt sich eine von null verschiedene, positive Ladungsdichte. An der Seite, an der der Strom abgeleitet wird (rechts) ergibt sich dementsprechend eine negative Ladungsdichte.
Viele Grüße
Michael
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dergeraet
Gast
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| dergeraet Verfasst am: 23. Aug 2020 16:31 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | Hallo,
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
Nein, das ist eine etwas abenteuerliche Vorstellung. Ein stromdurchflossener elektrischer Leiter - ein Widerstand ist nichts anderes als das - ist an jeder Stelle elektrisch neutral, hat also überall gleich viele positive und negative Ladungen. Genauer: Die negative Ladungsträgerdichte ist an jeder Stelle genauso groß wie die positive Ladungsträgerdichte. Der einzige Unterschied ist der, dass sich die negativen Ladungsträger bewegen und die positiven ortsfest sind. |
das gilt innerhalb des Widerstandes. Ich glaube aber, die Frage zielt auf ein Verständnis dessen, ob der Spannungsabfall beim Widerstand durch Ladungsunterschiede an den beiden äußeren Kontakten des Widerstandes begleitet/hervorgerufen wird.
Es ist tatsächlich so, dass sich jeweils am Übergang zwischen Leiterdraht und Widerstand eine von null verschiedene Ladungsdichte ergibt.
Zur Vereinfachung gehen wir von einer konstanten Querschnittsfläche sowohl im (Kupfer-)Leiter als auch im Widerstand aus.
Dann ist die elektrische Feldstärke im Kupfer gering und die elektrische Feldstärke im Widerstand ist groß. Diese wird hier durch die Pfeile dargestellt.
Nun betrachten wir ein schmales Volumenelement, das die Kontaktfläche von der Seite der Stromzuführung enthält (gelb markiert, links). Wenn wir das Gauß'sche Gesetz auf dieses Volumenelement anwenden, so ergibt sich eine von null verschiedene, positive Ladungsdichte. An der Seite, an der der Strom abgeleitet wird (rechts) ergibt sich dementsprechend eine negative Ladungsdichte.
Viele Grüße
Michael |
Vielen dank
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