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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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 lampe16 Verfasst am: 10. Feb 2022 11:03 Titel: Quellenspannung feldtheoretisch einordnen |
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Zu dem Thema habe ich eine Darstellung des Fachgebiets Allgemeine und theoretische Elektrotechnik an der Universität Duisburg-Essen gefunden. Die Formeln in Folie 254 erklären die Quellenspannung und die EMK als Zirkulation der elektrischen Feldstärke.
Meines Erachtens missachtet der Autor hier das Induktionsgesetz, das die Zirkulation von  im stationären Strömungsfeld auf null festlegt. Wer argumentiert hier falsch?
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Herzliche Grüße, Lampe16
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 10. Feb 2022 11:44 Titel: Re: Quellenspannung feldtheoretisch einordnen |
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Hallo,
| lampe16 hat Folgendes geschrieben: |
Meines Erachtens missachtet der Autor hier das Induktionsgesetz, das die Zirkulation von im stationären Strömungsfeld auf null festlegt. Wer argumentiert hier falsch? |
Die Darstellung in dem Skript halte ich für physikalisch zweifelhaftes Geschwurbele. Hier lehrt jemand Feldtheorie, der das besser sein lassen sollte.
Die Ausführungen auf Folie 253 von der "nichtelektrischen Kraft", der man anschließend ein "fiktives elektrisches Feld" zuordnet, um schließlich Indizien für die "nichtelektrische Natur" von statischen elektrischen Quellen zu finden, sind einfach nur traurig.
In einer typischen transformatorbasierten Gleichspannungsquelle (z. B. einem Labornetzteil) geschieht die Ladungstrennung durch das elektrische Wirbelfeld des Sekundärstromkreises eines Transformators*.
Hierdurch werden Kondensatoren geladen, die in der Außenbeschaltung dann als Gleichspannungsquellen in Erscheinung treten.
Im Ladestromkreis (Kondensatorladung) liegen nennenswerte Wirbelanteile des E-Feldes vor. Im Entladekreis hängt das im Wesentlichen von der Beschaltung ab. Bei rein ohm'scher Last und dem Nichtvorhandensein externer Felder ist ein solcher Entladestromkreis nahezu (E-)wirbelfrei.
Wenn Du zur Berechnung der Zirkulation des E-Feldes die Integrationslinie auch durch den Sekundärtransformator des Netzteiles legst, wird sich (dem dB/dt-Feld im Kern folgend) zu fast allen Zeitpunkten ein von null verschiedener Wert ergeben
Viele Grüße
Michael
* In Quellen mit beweglichen Wicklungen geschieht die Ladungstrennung üblicherweise durch die Lorentzkraft. Diese ist zumindest in dem zugrundegelegten Bezugssystem nichtelektrisch, da magnetisch.
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 10. Feb 2022 11:59 Titel: |
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Danke Michael! Ich teile deine Beurteilung.
Die Einordnung der Quellenspannung in die Feldtheorie wird von Becker/Sauter: Theorie der Elektrizität, Band 1 im Abschnitt 4.3 "Eingeprägte Kräfte. Die galvansche Kette" beschrieben. Aber der macht es, anders als Prof. Dr. sc. techn. Daniel Erni, m. E. fehlerfrei.
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Herzliche Grüße, Lampe16
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 10. Feb 2022 12:15 Titel: |
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| lampe16 hat Folgendes geschrieben: | Danke Michael! Ich teile deine Beurteilung.
Die Einordnung der Quellenspannung in die Feldtheorie wird von Becker/Sauter: Theorie der Elektrizität, Band 1 im Abschnitt 4.3 "Eingeprägte Kräfte. Die galvansche Kette" beschrieben. Aber der macht es, anders als Prof. Dr. sc. techn. Daniel Erni, m. E. fehlerfrei. |
Keine Ahnung, ob er die Folien selbst gemacht hat. Ich habe sie, meine ich, schon einmal früher unter anderem Namen gesehen.
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 10. Feb 2022 15:30 Titel: |
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Ich habe das Thema im pdf-Attachment so dargestellt, wie ich es vertreten kann.
| Beschreibung: |
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| Dateiname: |
EMKimStroemungsfeldPhysikerBoard.pdf |
| Dateigröße: |
231.14 KB |
| Heruntergeladen: |
142 mal |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 10. Feb 2022 15:42 Titel: |
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Hallo,
| lampe16 hat Folgendes geschrieben: | | Ich habe das Thema im pdf-Attachment so dargestellt, wie ich es vertreten kann. |
Ich halte von dem Modell der "elektromotorischen Kraft" genauso wenig wie von "inneren" Feldstärken.
Entweder sind es Feldstärken, dann braucht man ihnen nicht das Attribut "innere" zu geben. Oder es sind keine Feldstärken. Dann muss man den Mechanismus eben anders benennen.
Sofern die "Feldstärken" nichtelektrisch sind, sollte man sie auch nicht mit dem Buchstaben "E" versehen. Das hat schon viel Verwirrung gestiftet.
Viele Grüße
Michael
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 10. Feb 2022 16:12 Titel: |
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Ich halte mich da an die Granden. Das Lehrbuch von Becker/Sauter ist ein verlässlicher Klassiker und R. P. Feynman benutzt die emf in Band II seines Lehrbuchs ohne Hemmungen auch für elektrochemische Zellen. Ich schätze das Modell mit der eingeprägten Feldstärke, weil sie den elektrischen Stromkreislauf antreibt. Die elektrische Feldstärke innerhalb der Zelle kann das nicht. Sie hat dazu die falsche Richtung.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 10. Feb 2022 17:56 Titel: |
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Hallo,
| lampe16 hat Folgendes geschrieben: | | Ich halte mich da an die Granden. Das Lehrbuch von Becker/Sauter ist ein verlässlicher Klassiker und R. P. Feynman benutzt die emf in Band II seines Lehrbuchs ohne Hemmungen auch für elektrochemische Zellen. |
Welchen Aspekt des (in Ruhe befindlichen) Gleichstromkreises beschreibt denn die EMK, welcher nicht auch durch die Klemmenspannung beschrieben werden könnte?
| Zitat: | | Ich schätze das Modell mit der eingeprägten Feldstärke, weil sie den elektrischen Stromkreislauf antreibt. |
Übt die eingeprägte Feldstärke Deiner Meinung nach eine Kraft auf Ladungen aus? Wenn ja, wie schnell wird ein Elektron im Gleichstromkreis, wenn es netto die ganze Zeit über durch eine Kraft in Längsrichtung des Leiters angetrieben wird?
Viele Grüße
Michael
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 10. Feb 2022 21:40 Titel: |
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| Zitat: | | Welchen Aspekt des (in Ruhe befindlichen) Gleichstromkreises beschreibt denn die EMK, welcher nicht auch durch die Klemmenspannung beschrieben werden könnte? |
Da die EMK und die Quellenspannung (Klemmenspannung nur im Leerlauf) betragsgleich sind, sind die Größen für Netzwerkrechnungen gleichwertig. Die EMK hat nur bei der Modellvorstellung, wie eine Spannungsquelle formal erklärbar ist, ein Plus (s. unten).
| Zitat: | | Übt die eingeprägte Feldstärke Deiner Meinung nach eine Kraft auf Ladungen aus? Wenn ja, wie schnell wird ein Elektron im Gleichstromkreis, wenn es netto die ganze Zeit über durch eine Kraft in Längsrichtung des Leiters angetrieben wird? |
Ja, siehe das ohmsche Gesetz für aktive Gebiete, wobei ihre lokale Verteilung (die nur im Inneren der Quelle existiert) nicht interessiert, sondern ihr Integral, die EMK=emf. Die bestimmt zusammen mit dem Widerstand des Gleichstromkreises und seiner Geometrie, wie schnell die Elektronen lokal im Beharrungszustand fließen.
In meiner Vorstellung bauen eingeprägte elektrische Feldstärke und EMK vor allem eine Verständnisbrücke zum bequemen und üblichen Modell einer Quelle mit starrer Quellenspannung und ausgelagertem Innenwiderstand. Letzteres ist leicht zu erlernen, aber schwerer zu verstehen, gibt es doch keinen Hinweis auf den Mechanismus, woher die Quellenspannung stammt. Sie wird einfach zum Spannungsabfall umgedeutet, man könnte auch sagen: degradiert.
Die Quellenspannung - zwangsläufig als primäre Antriebsgröße für Ströme verstanden - kann man in Analogie zum Druckabfall an einer Pumpe setzen, den man von der Druck- zur Saugseite hin misst. Bei Verbindung der Anschlüsse mit einer Leitung wird sich ein zirkulierender Massestrom so einstellen, als wäre die Pumpe ein hydraulischer Widerstand, der von einer anderen Pumpe versorgt wird. Diese Sicht auf eine Pumpe gefällt mir nicht. Ich erkläre sie lieber als aktive Vorrichtung, die eine Druckerhöhung (EMK) von der Saug- zur Druckseite hin erzeugt, die im ganzen Kreis eine Strömung antreibt.
Welche der alternativen und betragsgleichen Größen bei hydraulischen oder elektrischen Netzwerken gerade in Mode sind, ist im Grunde zweitrangig. Die Erfassung einer Quelle durch ihre Quellenspannung ist die heute bevorzugte Variante bei Netzwerkberechnungen; für die Vorstellung eines Modells der Quelle allerdings, befriedigt sie weniger als die EMK. Dabei ist die Quellenspannung nur ihr Abkömmling.
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Herzliche Grüße, Lampe16
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 11. Feb 2022 01:15 Titel: |
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Hallo,
| lampe16 hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | Welchen Aspekt des (in Ruhe befindlichen) Gleichstromkreises beschreibt denn die EMK, welcher nicht auch durch die Klemmenspannung beschrieben werden könnte? |
Da die EMK und die Quellenspannung (Klemmenspannung nur im Leerlauf) betragsgleich sind, sind die Größen für Netzwerkrechnungen gleichwertig. Die EMK hat nur bei der Modellvorstellung, wie eine Spannungsquelle formal erklärbar ist, ein Plus (s. unten).
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Für mich ist es ein Plus, dass man in der Netzwerktechnik gerade nicht in die Bauteile reinschaut, sondern nur ihr Klemmenverhalten beschreibt.
| Zitat: |
| Zitat: | | Übt die eingeprägte Feldstärke Deiner Meinung nach eine Kraft auf Ladungen aus? Wenn ja, wie schnell wird ein Elektron im Gleichstromkreis, wenn es netto die ganze Zeit über durch eine Kraft in Längsrichtung des Leiters angetrieben wird? |
Ja,
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Ich wollte darauf hinaus, das Du in diesem Fall eigentlich folgern müsstest, dass das Elektron immer weiter beschleunigt wird, da es ja die ganze Zeit einer E-Feldstärke ausgesetzt ist:
- In der Quelle überwiegt das eingeprägten E.
- Im Widerstand überwiegt das "echten" E.
Mit E=F/q und F=ma kommt man dann leicht darauf, dass das Elektron ständig beschleunigt werden müsste, bis die Geschwindigkeit sich schließlich an c annähert.
Bloß: Das alles passiert in Wirklichkeit nicht.
Um diese starke Beschleunigung der Elektronen im Modell zu verhindern könntest Du im Widerstand noch ein weiteres E einführen -- ein E_Brems, das die Elektronen wieder bremst.
Ich frage mich bloß: Wieso dieser Umstand? Im Grunde lässt sich aus dem Modell mit der eingeprägten Feldstärke sowieso nur das ableiten, was man ohnehin schon weiß: Dass man an den Klemmen eine Spannung messen kann.
Woher diese Spannung kommt, weiß das Modell aber auch nicht -- schließlich soll es ja gleichermaßen für Batterien, Sekundärseiten von Trafos und Generatoren beruhend auf Bewegungsinduktion gelten. Allerdings gibt es der Unwissenheit einen Namen: Elektromotorische Kraft.
Viele Grüße
Michael
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 11. Feb 2022 11:04 Titel: |
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Hallo Michael,
| Zitat: | Mit E=F/q und F=ma kommt man dann leicht darauf, dass das Elektron ständig beschleunigt werden müsste, bis die Geschwindigkeit sich schließlich an c annähert.
Bloß: Das alles passiert in Wirklichkeit nicht. |
Du kämst zum richtigen Schluss, wenn du den Materialwiderstand berücksichtigtest. Dann sieht das so aus:
Im passiven Teil des Stromkreises stehen die ladungsbezogenen Antriebskraft und die ladungsbezogene Widerstandskraft  im Gleichgewicht. Im aktiven Gebiet bildet die Summe aus und  die ladungsbezogene Antriebskraft, die dort mit der ladungsbezogenen Widerstandskraft im Gleichgewicht steht (vgl. pdf-Attachment). Dann ist es vorbei mit der Annäherung an c und das Strömungsfeldmodell der Quelle nicht falsifiziert.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 11. Feb 2022 21:30 Titel: |
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leer
Zuletzt bearbeitet von ML am 12. Feb 2022 00:38, insgesamt einmal bearbeitet |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 11. Feb 2022 21:36 Titel: |
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Hallo,
| lampe16 hat Folgendes geschrieben: |
Im passiven Teil des Stromkreises stehen die ladungsbezogenen Antriebskraft und die ladungsbezogene Widerstandskraft im Gleichgewicht.
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Sagte ich ja: Bremsfeld 
Mir ist das Modell zu überladen, ohne dass es mir wirklich Vorteile bringt.
Ähnlich schlimm (und möglicherweise aus mancher Leute Sicht identisch) ist das Modell der "induzierten Spannung". Ich bevorzuge Klemmenspannungen -- die kann ich eindeutig messen, nachdem ich mich entschieden habe, in welchem Bezugssystem ich sie messen will.
Viele Grüße
Michael
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lampe16
Anmeldungsdatum: 21.03.2010
Beiträge: 319
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| lampe16 Verfasst am: 11. Feb 2022 21:51 Titel: |
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Es geht hier nur um die Einordnung einer Spannungsquelle in die Theorie des Strömungsfelds, nicht um den elektrochemischen Vorgang.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 15. Feb 2022 01:19 Titel: |
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| lampe16 hat Folgendes geschrieben: | | Es geht hier nur um die Einordnung einer Spannungsquelle in die Theorie des Strömungsfelds, nicht um den elektrochemischen Vorgang. |
Beim Skript der Uni Duisburg geht diese Einordnung so aus, dass der Quotient aus (magnetischer) Lorentzkraft und Ladung zunächst als  bezeichnet wird. Anfangs betont man noch, dass es sich dabei eigentlich um etwas Nichtelektrisches handelt. Wenige Folien später taucht dieser Term aber als echtes E-Feld in den Maxwellgleichungen auf.
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