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Xilotepec
Anmeldungsdatum: 15.08.2022
Beiträge: 5
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 Xilotepec Verfasst am: 03. Dez 2023 22:26 Titel: Spannungsabfall |
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Meine Frage:
Ich nochmal... eine kurze Frage:
Warum tritt an einem Widerstand INFOLGE DES STROMFLUSSES ein Spannungsabfall auf?
Meine Ideen:
Wieso ist der Spannungsabfall eine Folge des Stromflusses? Heißt das, wenn ich einen Widerstand zwischen zwei Potentialdifferenzen habe, ich den Strom aber am Fließen hindere, dann fällt am Widerstand keine Spannung ab?
-10 V ---[R]--- 10 V
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1549
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| Nobby1 Verfasst am: 03. Dez 2023 22:56 Titel: |
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Wenn der Widerstand zwischen zwei Potentialen sitzt, fließt ein Strom. Wie willst Du das verändern. Die Spannung ist ja die Folge der Potentialdifferenz.
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Xilotepec
Anmeldungsdatum: 15.08.2022
Beiträge: 5
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| Xilotepec Verfasst am: 03. Dez 2023 23:01 Titel: |
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Ich könnte zwei Metallkugeln haben, die mit einem Draht verbunden sind. Eine Kugel ist positiv und die andere negativ geladen.
Wenn ich den Draht durchschneide, fließt kein Strom mehr. Die Potentialdifferenz ist aber immer noch da, oder?
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1549
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| Nobby1 Verfasst am: 04. Dez 2023 08:16 Titel: |
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Nein, wenn die Kugeln mit einem Draht verbunden sind, dann ist das ein Kurzschluss und beide haben das gleiche Potential.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 04. Dez 2023 13:07 Titel: Re: Spannungsabfall |
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Hallo,
| Xilotepec hat Folgendes geschrieben: |
Warum tritt an einem Widerstand INFOLGE DES STROMFLUSSES ein Spannungsabfall auf?
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Bei der Gleichung  kannst Du nicht entscheiden, was Ursache und was Wirkung ist.
Die Gleichung behauptet zunächst einmal nur, dass wenn U da ist, auch I da ist und umgekehrt.
| Zitat: |
Wieso ist der Spannungsabfall eine Folge des Stromflusses? Heißt das, wenn ich einen Widerstand zwischen zwei Potentialdifferenzen habe, ich den Strom aber am Fließen hindere, dann fällt am Widerstand keine Spannung ab?
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Die Spannung fällt dann genau an dem Ort ab, an dem sich der Stromverhinderer befindet. Dies könnte ja beispielsweise eine Lücke im Draht sein, die durch Durchschneiden entsteht.
Viele Grüße
Michael
Zuletzt bearbeitet von ML am 04. Dez 2023 17:27, insgesamt einmal bearbeitet |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7246
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| Steffen Bühler Verfasst am: 04. Dez 2023 14:30 Titel: |
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Gerne wird hier auch das Gartenschlauch-Beispiel eingesetzt.
Wenn Du da das Wasser aufdrehst, fließt es durch den Schlauch, weil am Hahn ein größerer Druck herrscht als am anderen Ende. Hier ist also der Druckunterschied (Spannung) der Grund für den Wasserfluss (Strom).
Wenn Du jetzt vorsichtig an irgendeiner Stelle auf den Schlauch trittst, erhöhst Du dort den Widerstand. Der Druck auf der Seite Richtung Hahn wird größer, der auf der anderen Seite kleiner. Dieser Druckunterschied ist der Spannungsabfall am "eingebauten Widerstand".
Wenn Du nun den Hahn noch mehr aufdrehst, fließt mehr Wasser und dieser Druckunterschied wird größer. Hier ist also der größere Strom die Ursache für die größere Spannung.
Viele Grüße
Steffen
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Nobby1
Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1549
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| Nobby1 Verfasst am: 04. Dez 2023 15:52 Titel: |
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| Zitat: | | Bei der Gleichung kannst Du nicht entscheiden, was Ursache und was Wirkung ist. |
Also Spannung wird an einem Verbraucher angelegt nicht der Strom.
Dadurch ist die Spannung und der Widerstand die Ursache für die Wirkung des Stromflusses.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 04. Dez 2023 16:32 Titel: |
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| Nobby1 hat Folgendes geschrieben: | Also Spannung wird an einem Verbraucher angelegt nicht der Strom.
Dadurch ist die Spannung und der Widerstand die Ursache für die Wirkung des Stromflusses. |
Genau.
Die Spannung herrscht (in stationären Grenzfällen) unabhängig vom Strom, z.B. zwischen Bateriepolen oder Phase und Null, unabhängig von dazwischen befindlichen Verbrauchen oder allgemein Widerständen, inkl. unendlich bei nicht geschlossenem Stromkreis.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7246
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| Steffen Bühler Verfasst am: 04. Dez 2023 16:42 Titel: |
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Mag alles sein.
Wenn ich einen mir unbekannten Strom messen will, leite ich ihn über einen mir bekannten Widerstand. Dann fällt an dem eine messbare Spannung ab, deren Ursache der Strom ist.
Viele Grüße
Steffen
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 04. Dez 2023 17:23 Titel: |
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Hallo,
| Nobby1 hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | Bei der Gleichung kannst Du nicht entscheiden, was Ursache und was Wirkung ist. |
Also Spannung wird an einem Verbraucher angelegt nicht der Strom.
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Das ist die 1050ste Variante des Henne-Ei-Problems: Habe ich erst die Spannung oder erst die Stromstärke?
- Natürlich die Spannung, weil diese ist die Ursache für den Stromfluss.
- Natürlich der Strom. Denn die Ladung muss sich ja erst mal in der (parasitären) Kapazität sammeln, um eine Spannung aufzubauen.
Das wäre ein klassisches 1:1 unentschieden.
Die Gleichung des Ohm'schen Widerstandes gibt Dir keinen Hinweis darauf, was Ursache und was Wirkung ist. Da musst Du Dir die mikroskopische Physik des Widerstandes schon viel genauer ansehen. (Da würde ich dann auch denken, dass Spannung Strom erzeugt.)
Für die Praxis ist es aber so:
- Wenn Du eine Spannungsquelle nutzt, ist es günstiger zu sagen, die Spannung ist die Ursache für das, was folgt.
- Wenn DU eine Stromquelle nutzt, ist es günstiger, von der gegebenen Stromstärke auszugehen.
Ein typisches Beispiel, bei dem man besser im Modell der Stromquelle denkt, ist beispielsweise eine Photodiode.
Viele Grüße
Michael
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18083
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| TomS Verfasst am: 05. Dez 2023 06:25 Titel: |
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| Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ich einen mir unbekannten Strom messen will, leite ich ihn über einen mir bekannten Widerstand. Dann fällt an dem eine messbare Spannung ab, deren Ursache der Strom ist. |
Das läuft auf eine messtechnische Begründung hinaus, nicht auf eine physikalische Verursachung.
Ich könnte für die Gleichung
analog zu
argumentieren: wenn ich eine mir unbekannte Geschwindigkeit messen will, betrachte ich einen Körper der Masse m in einem mir bekannten viskosen Medium. Dann liegt eine messbare Beschleunigung g vor, deren Ursache die Geschwindigkeit v ist.
Die Formulierung einer Gleichung hat weder etwas mit der Logik der Messung (bekannte und unbekannte Größen) zu tun, noch mit der physikalischen Verursachung.
Stattdessen:
sowie
In einem externen Feld E bzw. g folgt im stationären Fall eine konstante Stromdichte j bzw. Geschwindigkeit v, die außerdem von Materialkonstanten abhängig ist; sigma ist die spezifische Leitfähigkeit, beta der Stokessche Reibungskoeffizient (alternativ für die elektrische Leitfähigkeit sigma ein mikroskopisches Modell mit der Driftgeschwindigkeit u, so dass man die Analogie noch besser sieht)
In beiden Fällen sind die externen Felder E und g vorhanden und haben unabhängig von Materialen oder Messungen einen festen Wert. Ändere ich die Materialien, ändert sich die Bewegung, nicht jedoch das Feld. Die Felder verursachen die Bewegung, nicht die Bewegung das Feld.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 08. Dez 2023 00:02 Titel: |
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Hallo Tom,
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Die Felder verursachen die Bewegung, nicht die Bewegung das Feld. |
Das ist auch meine normale Vorstellung.
Allerdings erzeugt der Stromfluss am Übergang zwischen Materialien mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten nach dem Gauß'schen Gesetz einen Ladungsstau bzw. eine Flächenladung, die zu einem E-Feld im Leiter führt.
Hierzu will ich folgendes Modellsystem untersuchen:
Ein Leiter bestehe aus einem niederohmigen Teil mit der spezifischen Leitfähigkeit  , einem hochohmigen Teil mit der spezifischen Leitflähigkeit  und wieder einem niederohmigen Teil mit der Leitfähigkeit . Die Stromdichte  sei vorgegeben. Sie verlaufe parallel zum Leiter und habe keine radiale Abhängigkeit, so dass wir ohne Vektoren mit der Stromdichte  rechnen können. Die Querschnittsfläche sei A.
Am Übergang 1 betrachten wir einen dünnen Leiterquerschnitt und wenden auf seine Oberfläche das Gauß'sche Gesetz an. Es gilt:
 = \epsilon \cdot A \cdot ( - {E_1} + {E_2}) = \hfill \\
<br />
= \epsilon \cdot A \cdot \left( { - \frac{j}{{{\kappa _1}}} + \frac{j}{{{\kappa _2}}}} \right) = \epsilon \cdot I \cdot \left( {\frac{1}{{{\kappa _2}}} - \frac{1}{{{\kappa _1}}}} \right) = {Q_{{\text{12}}}} \hfill \\
<br />
\end{gathered} )
Am Übergang 2 gilt dann entsprechend:
 = \epsilon \cdot A \cdot ( - {E_2} + {E_3}) = \hfill \\
<br />
= \epsilon \cdot A \cdot \left( { - \frac{j}{{{\kappa _2}}} + \frac{j}{{{\kappa _3}}}} \right) = \epsilon \cdot I \cdot \left( {\frac{1}{{{\kappa _3}}} - \frac{1}{{{\kappa _2}}}} \right) = \epsilon \cdot I \cdot \left( {\frac{1}{{{\kappa _1}}} - \frac{1}{{{\kappa _2}}}} \right) = {Q_{{\text{23}}}} \hfill \\
<br />
\end{gathered} )
Zur Vereinfachung* wählen wir nun einen guten Leiter oben und unten  .
Dann gilt
 und  .
Wir denken uns nun das Leiterstück 2 als einen Plattenkondensator mit dem Plattenabstand  (Länge des Leiterstücks 2), der Querschnittsfläche A und der oben berechneten Ladung. Das ist gerechtfertigt, da das E-Feld im Leiter materialbedingt parallel zum Leiter verläuft und wir somit kaum ein Streufeld haben.
Dann gilt: 
Zunächst mal sieht das doch so aus, als würde genau diese Ladungsansammlung das E-Feld des ohmschen Spannungsabfalls im Leiter bei Stromfluss verursachen. Das heißt aber wiederum (auch wenn es nichtintuitiv ist), dass die Bewegung von Ladungen im Leiter auch ein E-Feld erzeugt.
Was denkst du dazu? Habe ich zu stark vereinfacht, oder könnte da etwas dran sein?
Viele Grüße
Michael
*Der Grenzübergang bewirkt m. E., dass wir die Ladung an den beiden Grenzschichten genau einem Plattenkondensator zuordnen konnten. Wenn  wäre, müsste diese Ladung die Kondensatoren auf beiden Seiten des Schichtübergangs speisen.
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