Hallo,
mal eine Frage aus der Abteilung „Erklärts einem Laien“.
Ich hatte neulich ganz allgemein unter „sonstiges“ nach Arten von Kettenreaktionen gefragt und bei einer der Antworten wurden auch die Elektronen im Stromkreis genannt, die sich gegenseitig anschubsen. So in etwa…
Dabei fiel mir eine alte Frage wieder ein, die ich meinen Physiklehrer (lang ist’s her) damals immer zu stellen vergaß:
Woher „weiss“ der Strom eigentlich, daß ich gerade den Kreis geschlossen (also z.B. das Kabel an die Batterie gehalten) habe, so daß er nun zu „fliessen“ beginnt? (Man stelle sich ein seehr langes Kabel vor *g*)
(Ich kann mich an ein Experiment erinnern, bei dem gezeigt wurde, daß die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms erbärmlich langsam ist. Und selbst wenn die Elektronen sich „anschubsen“ oder was auch immer… was gibt den Anstoß?)
Woher „weiss“ der Strom eigentlich, daß
ich gerade den Kreis geschlossen (also
z.B. das Kabel an die Batterie gehalten)
habe, so daß er nun zu „fliessen“
beginnt?
Der Strom faengt nicht dann an zu fliessen, wenn Du einen Ring hast (Du kannst ja einfach mal ein Stueck Kabel im Kreis legen und den Strom messen , sondern wenn eine Spannungsdifferenz vorhanden ist. Diese Spannungsdifferenz setzt dann den Stromfluss in Gang.
Hauptursache dafür, daß sich Elektronen in Bewegung setzen ist das elektrische Feld. Solange der Stromkreis noch offen ist, ist zwar schon das Feld durch die Batteriespannung vorhanden, allerdings können die Elektronen die Unterbrechungsstelle nicht überwinden und stauen sich dort. Sie erzeugen dadurch ein Gegenfeld, das das ursächliche Feld der Batteriespannung kompensiert und den Stromfluß zum erliegen bringt. Sobald der Kontakt geschlossen ist, löst sich der Stau zusammen mit dem Gegenfeld auf. Das durch die Batteriespannung verursachte Feld breitet sich dann, vom Schalter ausgehend, mit Lichtgeschwindigkeit über den ganzen Stromkreis aus. Der Stromfluß beginnt daher nahezu gleichzeitig im ganzen Kreis.
Ich hoffe, das war einfach genug erklärt.
versuchen wir nochmal das „einfach“, obwohl
dann sicher wieder einige sagen.
„unwissenschaftlich“ oder „verdammt
populär“. es wird also nicht exakt, aber
vorstellbar:
ein paar dinge beim strom kann man sich
zumindest noch so vorstellen, wie die
strömung in einer wasserleitung: durch die
anliegende spannung wird sowas ähnliches
erzeugt, wie der druck am wasserhahn. woher
weiß jetzt aber das wasser, daß es
herausfließen soll? es weiß es nicht, es
wird einfach heraus gedrückt.
beim strom ist es etwas komplizierter, weil
von einer seite gedrückt, von der anderen
gezogen wird. genau das macht das feld mit
elektronen.
solange der kreislauf (beispielsweise bei
einer batterie) nicht geschlossen ist,
drückt es auf einer seite auf die
elektronen, weil aufgrund des chemischen
gleichgewichts zuviele da sind, auf der
anderen seite sind zuwenig da, da würde
lieber gesaugt werden.
öffnet man die schleuße mittels eines
schalters, gerät alles ins fließen bis sich
das niveau ausgleicht, dann ist die batterie
leer (ähnlich wie beim schon vorher
strapazierten beispiel mit dem wasser: wenn
bei beiden seiten das niveau gleich hoch
ist, ist es vorbei, kein druck liegt mehr
an)
beim wasser ist die treibende kraft der
niveauunterschied. beim strom ist es gleich,
nur heißt der niveauunterschied spannung und
wird bewirkt durch ein chemisches
ungleichgewicht bei der batterie oder eine
art physikalischen aufzuges, genannt
generator, der ununterbrochen elektronen auf
ein höheres niveau schaufelt, vergleichbar
einer pumpe.
noch was einfacheres:
stell dir vor, du hast ein stück schlauch, das mit kugeln total gefüllt ist. der schlauch ist der leitende draht und die kugeln sind die elektronen, die normalerweise um die metallatome kreisen. wenn du jetzt eine spannung anlegst, d.h. auf einer seite einen elektronen überfluss gegenüber der anderen drahtseite hast, musst du dir das so vorstellen, alsob du in den gefüllten schlauch eine neue kugel reinpresst. folge: auf der anderen seite fällt sofort eine kugel heraus, ein strom fliesst. eine batterie oder ein netzteil ubernimmt die arbeit die kügelchen (elektronen) andauerd mit bestimmter geschwindigkeit und druck in den schlauch (draht) zu pressen. die spannung gibt dann an, wieviel elektronen auf der einen seite zuviel sind bzw. mit welcher kraft (aufgrund des potentialunterschiedes) die elektronen durch den draht gedrückt werden und der strom ist eine grösse, die beschreibt, wieviele elektronen gleichzeitig durch den draht fliessen.
Der Strom faengt nicht dann an zu
fliessen, wenn Du einen Ring hast (Du
kannst ja einfach mal ein Stueck Kabel im
Kreis legen und den Strom messen ,
sondern wenn eine Spannungsdifferenz
vorhanden ist. Diese Spannungsdifferenz
setzt dann den Stromfluss in Gang.
Hallo Jens.
Das mit dem Kreis würde ich lieber lassen,
denn dann hast Du einen sauberen „Kurzen“.
Was bei Batterie ja noch erträglich ist.
Gruß, Walter
Ich wollte nur sagen, dass ohne Spannungsquelle kein Stromfluss vorhanden ist. Ein Kabel einfach im Kreis verbunden mag kurzgeschlossen sein … aber ohne Spannungsquelle ist das wurscht.
Gruss
Jens
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, sondern wenn eine Spannungsdifferenz vorhanden ist. Diese Spannungsdifferenz setzt dann den Stromfluss in Gang.