Spannung für Vollidioten (=mich)

Hallo!

Ich wollte mal wisse, ob mir jemand _langsam_ und _anschaulich_ erklären kann, wie ich mir Spannung vorstellen kann (das Problem habe ich schon seit der Schule).
Bis jetzt habe ich mir das so vorgestellt, dass Spannung die „Motivation“ der Elektronen ist.
Aber was passiert z.B. wenn man einen kleinen Kondensator hat, und dort
a) viel Strom, geringe Spannung
b) geringer Strom, hohe Spannung
anlegt? Wo springt denn da eher ein Funke über? Und was passiert in dem anderen Fall? Warum?

Oder wenn ich einen Stromkreis mit einer Spannungsquelle habe… ist es richtig, dass nur Strom fliesst, wenn die Quelle Spannung in Höhe der Summe der Spannungen der Bauteile des Kreises liefert? Und warum?..

Vielen Dank im Voraus!!!

Kvida

Hi Kvida,

die Vorstellung dass die Spannung die Motivation der Elektronen ist, ist gar nicht so schlecht. Als Spannung wird die Differnt zwischen elektrischen Potentialen bezeichnet.
Dazu passen die folgenden Aussagen:
Die elektrische Spannung ist der Druck oder die Kraft auf freie Elektronen.
Die elektrische Spannung ist die Ursache des elektrischen Stromes.
Die elektrische Spannung(Druck) entsteht durch das Ausgleichsbestreben von elektrischen Ladungen.

Eine Spannungsquelle hat also am Minuspol freie Elektronen die das Bestreben haben, zum Pluspol zu wandern.

Bei einem Kondensator muss man den Betrieb an Gleich- und Wechselstrom unterscheiden. Ein Kondensator besteht vereinfacht aus zwei metall. Platten die Gegenüber angebracht sind und durch ein Dielektrikum (Nichtleiter im einfachsten Fall Luft) von einnader getrennt sind.

Für Gleichstrom ist ein Kondensator ein unendlich grosser Widerstand, d.h. es fliesst kein Strom durch den Kondensator, da sich der Kondensator aber mit el. Ladung auflädt, fliesst solange ein Strom bis der Kondensator geladen ist. Aus Q=I*t (Ladung = Strom * Zeit) siehst du die Auswirkung von grossem bzw. kleinem Strom. Die Stromstärke bestimmt die Zeit bis zur vollständigen Ladung. Im Gleichstrombetrieb kann man parallelen zwischen einem geladenen Kondensator und einer Batterie ziehen, beide können el. Ladung speichern.

Im Wechselstrombetrieb ist der kapazitive Wiederstand des Kondensators= 0, der Kondensator lädt sich nicht auf.

Ein Funken kann somit nur bei einem Kondensator in einem Gleichstromkreis enstehen. Überspringen würde ein Funken wenn das elektrische Feld (welches durch die Ladung der beiden Kondensatorplatten aufgebaut wird) zu gross wird. Dies hängt vom Abstand der Platten zueinander und vom verwendeten Dielektrikum ab (ebenso wie die Kapazität des Kondensators). Ein Funke schlägt somit eigentlich nicht über.

Gruss

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Hallo Kvida!

Ich wollte mal wisse, ob mir jemand _langsam_ und
_anschaulich_ erklären kann, wie ich mir Spannung vorstellen
kann (das Problem habe ich schon seit der Schule).
Bis jetzt habe ich mir das so vorgestellt, dass Spannung die
„Motivation“ der Elektronen ist.
Aber was passiert z.B. wenn man einen kleinen Kondensator hat,
und dort
a) viel Strom, geringe Spannung
b) geringer Strom, hohe Spannung
anlegt? Wo springt denn da eher ein Funke über? Und was
passiert in dem anderen Fall? Warum?

Oder wenn ich einen Stromkreis mit einer Spannungsquelle
habe… ist es richtig, dass nur Strom fliesst, wenn die
Quelle Spannung in Höhe der Summe der Spannungen der Bauteile
des Kreises liefert? Und warum?..

Zwischen den Sachgebieten der Elektrizität, der Mechanik und der Hydraulik/Pneumatik gibt es Analogien. Dazu gibt es Veröffentlichungen, die in Tabellen in Matrix-Form die jeweiligen analogen Ersatzschaltbilder oder -anordnungen aufzeigen. Das geht vom einfachen Lastkreis mit Widerstand bis zum komplexen Filter oder Schwingkreis. Da bewegliche Teile und strömende Medien anschaulicher sind, kann man so das Verhalten der unsichtbaren Elektronen leichter nachvollziehen.
Mit freundlichen Grüßen
Alexander Berresheim

Vielen vielen Dank!
Dankeschön… also nur zur Kontrolle: (nur antworten, wenn’s komplett falsch ist)

Im Kondensator unter Gleichstrom:

  • springt ein Funke über, wenn eine hohe Spannung zuviele Elektronen auf die Platte pressen will.

  • fliesst kein Strom mehr, wenn die Spannung niedrig ist, aber die Stromstärke sehr hoch; dann ist eben der Kond. sehr schnell geladen.

Wenn das so simpel ist, wieso steht das nicht so in den Lehrbüchern???
Vielleicht sollte ich ein „Elektrotechnik für Dummies“ schreiben…

Vielen Dank nochmal!
Kvida

Hallo,

Ich wollte mal wisse, ob mir jemand _langsam_ und
_anschaulich_ erklären kann, wie ich mir Spannung vorstellen
kann (das Problem habe ich schon seit der Schule).
Bis jetzt habe ich mir das so vorgestellt, dass Spannung die
„Motivation“ der Elektronen ist.

… also das mit der elektr. Spannung ist in Wirklichkeit ziemlich kompliziert, die Physiker definieren sie als „Kurvenintegral über die elektrische Feldstärke“, aber das ist für uns jetzt wirklich uninteressant :smile:
Zur besseren Veranschaulichung hat Dir Alexander schon einen guten Tipp gegeben: Es gibt auch in anderen Gebieten der Physik sehr gute Analogien. Die anschaulichste davon ist meiner Meinung nach die mit dem „Wasserhahn“:

Das Wasser (=Elektronen) steht im Wasserhahn unter Druck (=elektrisches Potenzial, wobei Potenzial ‚Arbeitsvermögen‘ oder ‚die Fähigkeit, etwas zu bewegen‘ bedeutet). Nun hat man aber auch außerhalb des Wasserhahns einen Druck, nämlich den ganz normalen Luftdruck (von ca. 1000 hekto-pascal), somit hat man auch für die Elektronen im Stromkreis ein zweites, in diesem Falle kleineres Potenzial.
Nun erhältst Du für das Wasser einen Druckunterschied, der es dem Wasser überhaupt erst ermöglicht, aus dem Wasserhahn zu fliessen - wenn im Wasserhahn auch ein Druck von 1000 hekto-pascal wäre, würde sich gar nichts tun, weil kein Druckunterschied vorhänden wäre. Genau das gleiche gilt für die Elektronen: Erst wenn es ZWEI VERSCHIEDENE Potenziale gibt, d.h. wenn eine POTENZIALDIFFERENZ auftritt, beginnen die Elektronen sich zu bewegen. Diese Bewegung nennt man den ELEKTRISCHEN STROM. Beim Wasser wär der Strom dann die Wassermenge, die pro Sek. aus dem Hahn fließt, und die ist natürlich auch umso größer, je höher der Druckunterschied ist. Die Potenzialdifferenz nennt man ELEKTRISCHE SPANNUNG. Die Bewegung der Elektronen ist also umso stärker, je größer die Potenzialdifferenz ist, d.h.: Mehr Spannung, mehr Strom…
Somit stimmt deine Vorstellung mit der „Motivation der Elektronen“ :smile:

Aber was passiert z.B. wenn man einen kleinen Kondensator hat,
und dort
a) viel Strom, geringe Spannung
b) geringer Strom, hohe Spannung
anlegt? Wo springt denn da eher ein Funke über? Und was
passiert in dem anderen Fall? Warum?

… mit dem Kondensator hast Du anscheinend irgendwas falsch verstanden, denn „anlegen“ kann man nur eine Spannung, der Stromfluß ergibt sich dann von selbst, d.h. Spannung ist die Ursache für den Strom, und Strom kann man nicht „anlegen“, sondern Strom kann nur „fließen“.
Der Funke springt erst über, wenn die Spannung so hoch ist, dass das Isoliermaterial den „Drang der Elektronen, sich zu bewegen“ nicht mehr verhindern kann :smile:

Oder wenn ich einen Stromkreis mit einer Spannungsquelle
habe… ist es richtig, dass nur Strom fliesst, wenn die
Quelle Spannung in Höhe der Summe der Spannungen der Bauteile
des Kreises liefert? Und warum?..

… was Du hier ansprichst, ist die sog. „Kirchhoffsche Maschenregel“. Sie besagt, dass die Summe aller Spannungen, die an den Bauteilen anliegen, gleich der Spannung ist, die die Quelle (oder auch mehrere Quellen zusammen) liefert.
Dabei gibt es auch wieder einen Vergleich mit dem Wasser.
Stell Dir einen Wasserhahn mit 10 Bar Druck vor und und stell Dir 10 gleichartige Wasserräder vor, die mit dem fließenden Wasser angetrieben werden. Dann wirst Du automatisch an jedem Wasserrad 1 Bar Druckabfall erhalten, also insgesamt wieder die 10 Bar vom Wasserhahn.

Gruß, Stefan