Spannungsabfall

Wissenschaft Physik
#1

Guten Morgen allerseits,

Angenommen ich habe eine Spannungsquelle, die x Volt erzeugt. Sprich jedes Elektron im Leiter wird mit diesen x Volt angetrieben. Jetzt erweiter ich den Leiter durch einen Widerstand. Daraus folgt ein Spannungsabfall an diesem Widerstand. Warum? Was heißt das genau?
Elektronen werden aufgehaten und wieder beschleunigt, aufgehalten und wieder beschleunigt. Das müsste doch heißen, dass sie einfach durchschnittlich langsamer fließen?
In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.
Wo denke ich falsch?

Gruß
Juri

#2

Moin,

vorsicht Modellvergleich!

Betrachten wir eine Wasserleitung.
Da wäre die Spannung vergleichbar mit dem Wasserdruck in dieser Leitung und die Stromstärke mit der Wassermenge die da fließt.
Ein Widerstand könnte man mit einem verstellbaren Han simulieren.
Was passiert an diesem Hahn?
Der Druck fällt ab, wie die Spannung abfällt.

In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.

Wenn Du Wasser im Kreis pumpst (die Pumpe wäre dann die Spannungsquelle), und Du einen Hahn leicht schließt, wird dann die Wassermenge geringer?

Gandalf

#3

Hallo,

vorsicht Modellvergleich!

Betrachten wir eine Wasserleitung.
Da wäre die Spannung vergleichbar mit dem Wasserdruck in
dieser Leitung und die Stromstärke mit der Wassermenge die da
fließt.
Ein Widerstand könnte man mit einem verstellbaren Han
simulieren.
Was passiert an diesem Hahn?
Der Druck fällt ab, wie die Spannung abfällt.

Vorsicht Modellversuch- die zweite Version,

Wenn der Hahn etwas zugedreht wird, fließt weniger Wasser raus, aber der Druck am Hahn steigt, weil innerhalb der gesamten Leitung weniger Wasser fließt und damit die Reibung längs der Leitung (der Druckabfall der Leitung) geringer ist. Damit kommt mehr von dem Druck, den die Pumpe erzeugt, am Hahn an.

Gruss

Peter

#4

Ein Widerstand könnte man mit einem verstellbaren Han
simulieren.
Was passiert an diesem Hahn?
Der Druck fällt ab, wie die Spannung abfällt.

Erhöht sich denn nicht der Druck an dieser Stelle? Fließt das Wasser denn dann nicht schneller?

In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.

Wenn Du Wasser im Kreis pumpst (die Pumpe wäre dann die
Spannungsquelle), und Du einen Hahn leicht schließt, wird dann
die Wassermenge geringer?

Wird nach deiner Idee denn dann nicht die Wassermenge pro Zeiteinheit geringer?

Juri

#5

Damit kommt mehr von dem Druck, den die Pumpe erzeugt, am Hahn
an.

Heißt das nicht, dass die Spannung am Hahn eher steigen müsste als „abfallen“?

#6

Hallo,

…Damit kommt mehr von dem Druck, den die Pumpe erzeugt, am Hahn
an.

Heißt das nicht, dass die Spannung am Hahn eher steigen müsste
als „abfallen“?

Ja, die Spannung steigt an. Was die Elektrotechniker mit Spannungsabfall meinen ist Folgendes: Wenn in einem geschlossenen Stromkreis einer der Widerstände erhöht wird, steigt an diesem Widerstand die Spannung an. Sie sagen dann jedoch: an diesem Widerstand fällt eine höhere Spannung ab. Das macht insofern Sinn, als dass das Gesetz gilt, nachdem die Summe aller Spannungen in einer geschlossenen Strom“masche“ (einschließlich der Spannungsquelle) NULL ist. Da nur die Quelle eine Spannung liefert, „fällt“ ein Betrag dieser Spannung an dem Widerstand ab (gewissermaßen als negativer Beitrag). Und zwar umso mehr im Vergleich mit weiteren Widerständen der Masche, je größer dieser Widerstand ist.

Gruß

Peter

#7

Heißt das, dass nach einem Widerstand die Elektronen mit geringerer Spannung angetrieben werden als vorher? Wenn ja - wie genau geht diese verloren?

#8

Hallo,

…Heißt das, dass nach einem Widerstand die Elektronen mit
geringerer Spannung angetrieben werden als vorher? Wenn ja -
wie genau geht diese verloren?

was treibt die Elektronen in einem geschlossenen Stromkreis an?

Gruß

P.

#9

Hallo.

Angenommen ich habe eine Spannungsquelle, die x Volt erzeugt.
Sprich jedes Elektron im Leiter wird mit diesen x Volt
angetrieben. Jetzt erweiter ich den Leiter durch einen
Widerstand. Daraus folgt ein Spannungsabfall an diesem
Widerstand. Warum? Was heißt das genau?

Die Spannung misst, wie viel Energie die Batterie den Elektronen mitgibt. Im Widerstand geben die Elektronen einen Teil dieser Energie ab, indem sie zum Beispiel einen Ohmschen Widerstand erwärmen oder ein Gerät antreiben. Somit fällt die Spannung.

In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.

Gemäß U = R*I fließt ja auch weniger Strom, wenn Du einen größeren Widerstand an die Batterie anschließt.

Liebe Grüße,

The Nameless

#10

Strom und Spannung
Hallo,

Angenommen ich habe eine Spannungsquelle, die x Volt erzeugt.
Sprich jedes Elektron im Leiter wird mit diesen x Volt
angetrieben.

Etwas genauer: Die Elektronen werden durch das elektrische
Feld angetrieben, das im Leiter vorherrscht.

Zwischen den Polen der Spannungsquelle gibt es ja eine
sogenanntes Potentialdifferenz, die als Spannung ausgedrückt
wird. Diese Potentialdifferenz ist modellhaft dem
Druck in einer Wasserleitung vergleichbar.
Dieser Druck versucht ständig die Elektronen in Richtung
des elektrischen Feldes vorwärts zu treiben.
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Spannung#El…

Jetzt erweitere ich den Leiter durch einen
Widerstand. Daraus folgt ein Spannungsabfall an diesem
Widerstand. Warum? Was heißt das genau?

Im Widerstand stoßen die Elektronen ständig an und können
sich nicht mehr so frei als Elektronengas weiter bewegen,
wie im Leiter.
Das Anstoßen erzeugt Wärme, denn wie du wohl auch gelernt
hast ist Wärme nix anders als ungerichtete Teilchenbewegung
(also Schwingen der Atome/Moleküle im Feststoff oder
schnellere freie Bewegung der Teilchen in Flüssigkeiten
und Gasen).
Die kinetische Energie der beschleunigten Elektronen wird
als an die umgebenden Atome/Moleküle abgegeben („verheizt“).

Elektronen werden aufgehalten und wieder beschleunigt,
aufgehalten und wieder beschleunigt.

Genau das passiert verstärkt im elektr. Widerstand.
Im perfekten elektrischen Leiter darf es diese Energieabgabe durch Anstoßen nicht geben. Dann erwärmt sich der Leiter
auch nicht.

Das müsste doch heißen,
dass sie einfach durchschnittlich langsamer fließen?

Ja.

In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.

Nein.
Die Stromstärke ist kein Maß für die Geschwindigkeit der
Teilchen, denn ein „Strom“ ist per Definition
„gerichtete Bewegung von Teilchen“ und die Stromstärke ist
ein Maß für die Anzahl der Teilchen, die pro Zeiteinheit
durch den Strömungsquerschnitt fließt.

Das habe ich jetzt mal ganz neutral formuliert, also ohne
Bezug zur Elektrotechnik. Ein Strom kann also vieles sein,
z.B. auch Bewegung von Wasserteilchen in einer Leitung
oder Luft oder ein Fluss.
Bei Flüssigkeiten oder Luft heißt die Stromstärke nur anders
-> Volumenstrom: Q z.B. in m³/s

Wenn du das auf die Elektronen beziehst, dann ist der
„elektrische Strom“ eben die gerichtete Bewegung von
„Ladungsträgern“ (in metallischen Leitern -> Elektronen).
Die „Stromstärke“ ist die Anzahl Ladungsträger, die pro
Zeiteinheit durch den Leiterquerschnitt durchfließt.
Ob die da ganz langsam oder schnell durchfließen ist
aber egal.

Das Ampere kann auch genau so definiert werden:
1A = 6,24151·1018 Elektronen pro Sekund.
http://de.wikipedia.org/wiki/Ampere#Aktuelle_Definition

Wo denke ich falsch?

Nimm eine Autobahn und betrachte die „Stromstärke“.

Auf freier Strecke haben die Teilchen (Fahrzeuge) hohe
Geschwindigkeit (= hohe kin. Energie). An einer Baustelle
verengt sich die Fahrbahn und die Fahrzeuge habe geringe
Energie.
Sofern keiner abfährt, kommen da aber genau so viele durch,
wie auf freier Strecke.
Gruß Uwi

#11

Hallo!

Eine Batterie verfügt über eine Energie, die über ihre Pole (+ u. -) abgegeben wird. An den Polen wird eine Spannung (U=Volt) und (Stormstärke I=Ampere) angeboten. Die Spannung ist (bei voller Batterie) konstant, die Stromstärke ist abhängig von den angeschlossenen Verbrauchern.

Beispiele
Batterie - ein Verbraucher (R = Widerstand) im geschlossenen Kreislauf
U Batterie = U Widerstand - unabhängig von der Größe des Widerstandes
I (Stromstärke) verändert sich aber mit der Größe des Widerstandes. Je größer der Widerstand um so kleiner I.

U = R * I

Befinden sich zwei Widerstände in Reihe geschaltet, so teilt sich die Batteriespannung an den Widerständen auf in U1 und U2. Wobei U1 + U2 = U Batterie ergibt. Durch beide Widerstände fließt aber der gleiche Strom I.

Sind zwei Widerstände parallel geschaltet, so messen wir an Beiden die gleiche Spannung U. Sie entspricht der Batterie Spannung U. Die Ströme teilen sich aber auf in I1 und I2, wobei I1 +I2 = I gesamt ergibt.

I ist abhängig von der Größe des Gesamtwiderstandes. Kann die Batterie die vom Gesamtwiderstand geforderte Stromstärke I nicht liefern, fällt die Spannung an der Batterie ab. Sie geht in die Knie - kollabiert.

Gruß Cross

#12

Hallo,

Eine Batterie verfügt über eine Energie, die über ihre Pole (+
u. -) abgegeben wird.

Aha, und was ist, wenn die Batterie runterfällt?
Oder wenn die explodiert?
Da gibt sie doch auch Ernergie ab, oder?

Und was ist mit einer Batterie Flaschen?
Wo sind da die Pole + u. -?
„Batterie“ ist kein Begriff der so definiert ist,
wie du ihn volkstümlich verstehst.

An den Polen wird eine Spannung (U=Volt)
und (Stormstärke I=Ampere) angeboten.

Wie bietet denn die Batterie die Stromstärke an?
Ich meine, es können paar uA sein, aber auch paar 1000 A.

Die Spannung ist (bei voller Batterie) konstant,

Sofern es dabei um chemische Zellen geht, die umgangssprachlich
ohne jede Rücksicht auf technische Sachverhalte als Batterie
bezeichnet werden, sage ich mal, dass deren Spannung im
Prinzip unabhängig vom Entladezustand konstant ist, weil die
Spannung von der elektrochemischen Spannungsreiche abhängig ist.

Dass trotzdem veränderliche Spannung gemessen wird, liegt
z.B. am Innenwiderstand, von dem du nix weißt und an
Veränderungen des chem. Systems, was aber ein weit komplexeres
Thema ist und hier nicht gefragt wurde.

die Stromstärke ist abhängig von den angeschlossenen Verbrauchern.

Und die Spannung hat also keinen Einfluss?

Beispiele
Batterie - ein Verbraucher (R = Widerstand) im geschlossenen
Kreislauf
U Batterie = U Widerstand - unabhängig von der Größe des
Widerstandes
I (Stromstärke) verändert sich aber mit der Größe des
Widerstandes. Je größer der Widerstand um so kleiner I.

Das ist alles ziemliches Kauderwelsch.

U = R * I

Die Formel impliziert, dass die Spannung von Widerstand und
Strom abhängt? Oben steht was ganz anderes?

Kann die Batterie die vom Gesamtwiderstand geforderte Stromstärke I
nicht liefern, fällt die Spannung an der Batterie ab. Sie geht
in die Knie - kollabiert.

Aha, wo aber ist bei einer Batterie das Knie?
Wie kollabiert die Batterie - bekommt die eine Kolik und Krämpfe?

Frage über Fragen!

Melde dich doch mal als Erklärbär bei den Teletubbies.
Gruß Uwi

#13

Hallo Fragewurm,

Heißt das, dass nach einem Widerstand die Elektronen mit
geringerer Spannung angetrieben werden als vorher? Wenn ja -
wie genau geht diese verloren?

Der Widerstand wird warm.

Die verheizte Leistung rechnet sich nach

Strom * Spannungsabfall_am_Widerstand

und wird in Watt angegeben.

MfG Peter(TOO)

#14

Ich glaube, es hat noch nicht ganz „klick“ gemacht.

Jetzt erweitere ich den Leiter durch einen
Widerstand. Daraus folgt ein Spannungsabfall an diesem
Widerstand. Warum? Was heißt das genau?

Im Widerstand stoßen die Elektronen ständig an und können
sich nicht mehr so frei als Elektronengas weiter bewegen,
wie im Leiter.
Das Anstoßen erzeugt Wärme, denn wie du wohl auch gelernt
hast ist Wärme nix anders als ungerichtete Teilchenbewegung
(also Schwingen der Atome/Moleküle im Feststoff oder
schnellere freie Bewegung der Teilchen in Flüssigkeiten
und Gasen).
Die kinetische Energie der beschleunigten Elektronen wird
als an die umgebenden Atome/Moleküle abgegeben („verheizt“).

Soweit so gut. Da komme ich mit und das macht Sinn. Was passiert nun nach der Energieabgabe? Die Elektronen werden mit geringerer Sapannung wieder beschleunigt?

Das müsste doch heißen,
dass sie einfach durchschnittlich langsamer fließen?

Ja.

In meinen Augen müsste die Stromstärke fallen.

Nein.
Die Stromstärke ist kein Maß für die Geschwindigkeit der
Teilchen, denn ein „Strom“ ist per Definition
„gerichtete Bewegung von Teilchen“ und die Stromstärke ist
ein Maß für die Anzahl der Teilchen, die pro Zeiteinheit
durch den Strömungsquerschnitt fließt.

Wenn du das auf die Elektronen beziehst, dann ist der
„elektrische Strom“ eben die gerichtete Bewegung von
„Ladungsträgern“ (in metallischen Leitern -> Elektronen).
Die „Stromstärke“ ist die Anzahl Ladungsträger, die pro
Zeiteinheit durch den Leiterquerschnitt durchfließt.
Ob die da ganz langsam oder schnell durchfließen ist
aber egal.

Ist es das wirklich? Wenn sie langsamer fließen fließen doch nicht gleich viele in der selben Zeiteinheit durch den Querschnitt:

Nimm eine Autobahn und betrachte die „Stromstärke“.

Auf freier Strecke haben die Teilchen (Fahrzeuge) hohe
Geschwindigkeit (= hohe kin. Energie). An einer Baustelle
verengt sich die Fahrbahn und die Fahrzeuge habe geringe
Energie.

Das heißt wenn vor der Baustelle 10 Autos pro Sekunde an meiner Querschnittsstelle vorbeiflitzten, sind es an der Baustellenquerschnittsstelle vielleicht noch drei.

#15

wie genau geht diese verloren?

Der Widerstand wird warm.

Die verheizte Leistung rechnet sich nach

Strom * Spannungsabfall_am_Widerstand

und wird in Watt angegeben.

Gut, das macht Sinn. Doch sehe ich hier einen Energieverlust. Die Spannung ist in meinem Verständnis eher ein Kraftfeld, das, nachdem das Elektron seine kinetische Energie in Wärme verloren hat, dem „ruhenden“ Elektron neuen Anschub gibt. Aber ohne selbst an Kraft zu verlieren, weil doch kein entgegenwirkendes Kraftfeld existiert, das aus Überschuss an Ladungsträgern entsteht.

#16

Hallo nochmal.

Nimm eine Autobahn und betrachte die „Stromstärke“.

Auf freier Strecke haben die Teilchen (Fahrzeuge) hohe
Geschwindigkeit (= hohe kin. Energie). An einer Baustelle
verengt sich die Fahrbahn und die Fahrzeuge habe geringe
Energie.

Das heißt wenn vor der Baustelle 10 Autos pro Sekunde an
meiner Querschnittsstelle vorbeiflitzten, sind es an der
Baustellenquerschnittsstelle vielleicht noch drei.

Das Beispiel ist so zu verstehen, dass die Autos auf freier Strecke einen großen Abstand von einander haben. In der Baustelle fahren die Autos langsamer, dafür aber dichter auf. Deswegen kommt in gleicher Zeit immer noch die gleiche Anzahl Autos an Deiner Messstelle vorbei.

Liebe Grüße,
The Nameless

#17

Hallo,

Soweit so gut. Da komme ich mit und das macht Sinn. Was
passiert nun nach der Energieabgabe? Die Elektronen werden mit
geringerer Spannung wieder beschleunigt?

Muß wohl so sein, denn letzendlich müssen die Ladungsträger
alle durch das Kabel. Es zwigen ja keine irgend wo ab

Ob die da ganz langsam oder schnell durchfließen ist
aber egal.

Ist es das wirklich?

Ja, die Stromstärke ist genau so definiert.

Wenn sie langsamer fließen fließen doch
nicht gleich viele in der selben Zeiteinheit durch den
Querschnitt:

Doch. Die können ja nicht irgend wo hin entschwinden.

Das heißt wenn vor der Baustelle 10 Autos pro Sekunde an
meiner Querschnittsstelle vorbeiflitzten, sind es an der
Baustellenquerschnittsstelle vielleicht noch drei.

Dann stauen sich die Teilchen von der Einengung.
Elektronen stauen sich aber nicht im Leiter auf.

Betrachte es also mal ohne Stau!
Pro Sekunde kommen 10 Auto mit 120km/h vorbei oder in der
Baustelle ebenfalls 10 Autos, aber nur mit 60km/h.
Der Abstand ist dafür eben nur noch halb so groß.
Gruß Uwi

#18

Spannung, Potenzial, Widerstand, Strom

Ein Widerstand könnte man mit einem verstellbaren Han
simulieren.
Was passiert an diesem Hahn?
Der Druck fällt ab, wie die Spannung abfällt.

Erhöht sich denn nicht der Druck an dieser Stelle?

ja, aber dahinter ist er kleiner. Es gibt somit einen Druckabfall zwischen Ein- und Austritt, der mit einem Spannungsabfall/Potenzialunterschied zwischen „vor“ und „nach“ Widerstand vergleichbar ist.

Fließt das
Wasser denn dann nicht schneller?

Die Menge ist geringer. Strom ist immer gleich schnell, nur die Menge an Strom/Elektronen ist unterschiedlich, abhängig vom Widerstand.

Ich weiß nicht, ob dir meine Videoreihe dazu mehr gibt, aber kannst ja mal schauen. Vielleicht hilft´s an der ein oder anderen Stelle.
http://www.youtube.com/user/TheChatairliner?feature=…

Gruß
René

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#19

Oh Je!

Was haben wir denn da für einen Schlaumeier.

Gut, dass die Welt dich hat, hi hi hi

Gruss Cross

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#20

Ah okay, das mit dem Abstand ist gut.
Stromstärke: ✓

Jetzt bleibt nur noch eins: Was passiert denn nach der Baustelle mit der Spannung? Sie sinkt ab. Ich verstehe die Energieabgabe im Widerstand. Aber die Elektronen befinden sich doch in einer Art Kraftfeld, dem kein anderes entgegengesetzt ist. Wie kann dies also nach dem Widerstand abgeschwächt werden? Was übersehe ich?