Energieübertragung im Stromkreis

Wissenschaft Physik
#21

Vor Urzeiten haben wir mal ausgerechnet, wie schnell sich
Elektronen in einem Leiter bewegen. Bei 1A und 1,5mm²
Leiterquerschnitt kamen ca. 0,05mm/s heraus.
Für einen Meter Leitungslänge benötigt ein Elektron dann also
etwa 2,5 Tage.
Aber dank Westinghouse haben wir ja Wechselstrom, die
Elektronen marschieren somit GAR NICHT, sondern zittern nur
hin- und her.

Mit Trägheit und Masse kann mal also nichts erklären.

Die Driftgeschwindigkeit ist der Strom dichte proportional und in der Wendel der Lampe ist die Stromdichte und damit Driftgeschwindigkeit höher als in den Zuleitungen, weil der Querschnitt kleiner ist. Pro Zeiteinheit geht die gleiche Ladungsmenge durch die Wendel wie durch die Zuleitungen. Aber diese Ladungsmenge „tippt“ ein vergleichsweise geringeres Volumen an Atomen mit höherer Driftgeschwindigkeit an als in den Zuleitungen. Was sich als Wärme in der Wendel äußert. Warum soll man das „Antippen“ (und was sich als Folge daraus ergibt) nicht mit Trägheit und Masse erklären können?

#22

Jetzt kommt Licht ins Dunkel! Dann hab also ich was verwurschtelt.

Danke für die Richtigstellung!

VG

#23

Hallo,

Besser ist die Vorstellung, es ist eine Röhre die schon voll
ist mit Elektronen. „Schiebe“ ich am Anfang eines rein, wird
fast instantan (halt begrenzt auf fast Lichtgeschwindigkeit)
am anderen Ende eines „rausgedrückt“.

richtig. Das entspricht ja auch meiner Wasser-Analogie.

Eigentlich funktioniert
das natürlich über anlegen eines E-Feldes… Somit: Wenn ich
aufhöre zum „stopfen“ kommt am anderen Ende auch nix mehr
raus.

Ja, aber den Feldbegriff braucht man auch hierzu nicht. Nur die Tatsache, dass sich Elektronen gegenseitig abstoßen.
Also: Ein langer Draht voller Elektronen, alle schön in gleichem Abstand. Die Batterie drückt jetzt das erste Elektron nach innen, es kommt dem zweiten damit zu nahe. Das zweite Elektron bewegt sich jetzt ein Stück und kommt dem dritten zu nahe. Naja usw., bis hinten aus dem Draht das letzte rausfällt.

Die ursprüngliche Frage war ja die, wo die Energie immer steckt.
In dem Augenblick, wo ein Elektron dem nächsten zu nahe kommt, ist es doch ähnlich einer Feder, die ich zusammendrücke. Darin ist die Energie gespeichert. Wenn ein Elektron sich dann ein Stückchen zur Seite bewegt, ist es von mir aus kinetische Energie dieses Elektrons.

Der elektrische Strom ist also eher so ein Durchruckeln von Elektronen durch den Draht, eine Welle, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Deshalb ist es eben nicht so, dass die Energie der Batterie in kinetische Energie der Elektronen umgewandelt wird. Höchstens immer nur mal kurzzeitig und eben nicht aller Elektronen gleichzeitig. Sonst würde die Energie ja von der Leitungslänge abhängen.

Gruß
Olaf

#24

Mit Trägheit und Masse kann mal also nichts erklären.

Die Driftgeschwindigkeit ist der Strom dichte proportional und
in der Wendel der Lampe ist die Stromdichte und damit
Driftgeschwindigkeit höher als in den Zuleitungen, weil der
Querschnitt kleiner ist. Pro Zeiteinheit geht die gleiche
Ladungsmenge durch die Wendel wie durch die Zuleitungen. Aber
diese Ladungsmenge „tippt“ ein vergleichsweise geringeres
Volumen an Atomen mit höherer Driftgeschwindigkeit an als in
den Zuleitungen. Was sich als Wärme in der Wendel äußert.
Warum soll man das „Antippen“ (und was sich als Folge daraus
ergibt) nicht mit Trägheit und Masse erklären können?

Hier ging es darum, elektrische Energie als kinetische Energie der Ladungsträger misszuverstehen. Dies geht aber nicht. Darauf bezog sich mein Beitrag.
Die Übertragung des Zitterns erfolgt auch nicht durch Anstöße (Impulse im Sinne vom ollen Newton), sondern durch Effekte des elektrischen Felds.
Als Beweis möge ein Kondensator gelten, welcher jeglichen Kontakt von Ladungsträgern ausschließt aber dennoch eine Energieübetragung alleine durch das elektrische Feld erlaubt.

#25

Durch was lassen sich denn deiner Meinung nach „Zittern und Driften“ erklären, wenn nicht durch Kräfte. Womit man bei Newton ist. Stromwärme ist Schwingungsenergie. Weil die Teilchen des Drahtes stärker schwingen. Da sie zuvor durch die sich bewegenden Elektronen angetippt wurden. Was nicht bedeutet, dass alle elektromagnetische Energie in der Batterie Stromwärme verwandelt wird.

Im Übrigen findet sich dein Rechenbeispiel zur Driftgeschwindigkeit im Dobrinski/Krakauer/Vogel wieder. Mit Ableitung. Mit Kräften. Mit Newton.

Durch einen Kondensator geht eine elektromagnetische Energieströmung. Auch davon geht ein Teil in Wärme über. Wenn es zu viel ist, geht dem Kondensator der Hut hoch. Jedenfalls wird auch dieser warm.

gruß