Wechselstrom/Gleichstrom

Wissenschaft Physik
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inzwischen habe ich begriffen wie das mit dem Gleichstrom funktioniert. Die freine Elektronen setzten sich in eine Richtung in Bewegung, dadurch „fließt“ ein Strom. Aber das mit dem Wechselstrom verstehen ich nicht wirklich. Die Richtung der Elektronen ändert sich ständig, dadurch fließt der Strom nicht sondern „wackelt“ nur hin und her. Das mit dem Wackeln habe ich auf einer Internetseite gelesen. Aber wenn er nicht fleißt und dann kommt er doch auch bei der Birne zB nicht an und kann sie nicht zum leuchten bringen. Weiß jemand wie schnell die Eektonen sich bei diesem Vorgang bewegen? Auch mit Lichtgeschwindigkeit wie die Photonen? Kommt der Strom deswegen trotzdem an? Und wieso kann man Wechselstrom leicht transformieren und Gleichstrom nicht? Seit Tagen versuche ich das rauszufinden. Auch warum sich um einen elektrischen Leiter in dem Strom fließt ein Magnetfeld entsteht. Umgekehrt verstehe ich warum ein Strom durch einen elektrischen Leiter fließt wenn ich ein Magnetfeld dorthinbringe.

Gruß Carola

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Hallo!

inzwischen habe ich begriffen wie das mit dem Gleichstrom
funktioniert. Die freine Elektronen setzten sich in eine
Richtung in Bewegung, dadurch „fließt“ ein Strom. Aber das mit
dem Wechselstrom verstehen ich nicht wirklich. Die Richtung
der Elektronen ändert sich ständig, dadurch fließt der Strom
nicht sondern „wackelt“ nur hin und her. Das mit dem Wackeln
habe ich auf einer Internetseite gelesen. Aber wenn er nicht
fleißt und dann kommt er doch auch bei der Birne zB nicht an
und kann sie nicht zum leuchten bringen.

Doch natürlich. Für den Glühdraht ist es ja nur entscheidend, dass sich die Elektronen in ihrem Inneren bewegen. Ob sie das tun, weil sie vom Minuspol ausgespuckt wurden und auf dem Weg zum Pluspol sind, oder weil sie von ihren Nachbarn hin und her geschubst werden, ist dem Glühdraht egal.

Weiß jemand wie
schnell die Eektonen sich bei diesem Vorgang bewegen?

Nicht auswendig. Ich weiß nur, dass die Geschwindigkeit viiiiel geringer ist, als man zuerst einmal denkt. Ich glaube, die Größenordnung waren ungefähr Millimeter pro Sekunde.

Auch mit
Lichtgeschwindigkeit wie die Photonen? Kommt der Strom
deswegen trotzdem an?

Wenn Du auf den Lichtschalter drückst, geht in ein paar Metern Entfernung das Licht an und zwar augenblicklich. Allerdings nicht, weil es ein Elektron so schnell schaffen würde, vom Lichtschalter zur Glühbirne zu gelangen, sondern weil es - ähnlich wie ein Stein in einer Dominokette - den „Impuls“ an seine Nachbarn weiter gibt.

Und wieso kann man Wechselstrom leicht
transformieren und Gleichstrom nicht?

Das Transformieren funktioniert über Induktion: Eine Spannung wird erzeugt, indem sich ein Magnetfeld ändert. Bei einem Dynamo ändert sich das Magnetfeld in einer Spule dadurch, dass sie sich im Inneren des Feldmagneten dreht. In einem Transformator ändert sich das Magnetfeld dadurch, dass sich die Stromstärke in der Erregerspule ändert. Da sich bei Gleichstrom keine Stromstärke ändert, kann man mit ihm auch keinen Transformator betreiben.

Auch warum sich um einen elektrischen Leiter
in dem Strom fließt ein Magnetfeld entsteht.

Das ist die schwierigste Frage, die Du stellst! Im Prinzip kann man diesen Effekt nur mithilfe der speziellen Relativitätstheorie erklären, aber ich glaube, das würde hier zu weit führen.

Umgekehrt
verstehe ich warum ein Strom durch einen elektrischen Leiter
fließt wenn ich ein Magnetfeld dorthinbringe.

Albert Einstein hat in der Einleitung seiner Veröffentlichung zur speziellen Relativitätstheorie genau diesen Gedanken aufgegriffen. Beide Phänomene müssen ja irgendwie die gleiche Ursache haben, obwohl ihre Beschreibung so gänzlich unterschiedlich aussieht.

Aber wie gesagt: Das ist ein bisschen kompliziert…

Michael

P.S.: Jetzt bin ich gerade am Telefon aufgehalten worden. Ich poste es trotzdem mal. Vielleicht hat jemand anders schon vor mir was dazu geschrieben…

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Danke, das mit dem Wechselstrom habe ich jetzt glaube ich begriffen. Die Elektronne die in der kurzen „Phase“ angeregt wurden pflanzen ihren Impuls auf jeden Fall (bis zum Ende) fort. Und dann kommt die Anregung von der anderen Seite die sich auch wieder fortpflanzt usw…!? Heißt das, der Dominoeffekt beim „Stromfluß“ ist aber so schnell wie (fast) die Lichtgeschwindigkeit? Weil das Licht geht ja sofort an.

Gruß Carola

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Hallo Carola,

inzwischen habe ich begriffen wie das mit dem Gleichstrom
funktioniert. Die freine Elektronen setzten sich in eine
Richtung in Bewegung, dadurch „fließt“ ein Strom. Aber das mit
dem Wechselstrom verstehen ich nicht wirklich. Die Richtung
der Elektronen ändert sich ständig, dadurch fließt der Strom
nicht sondern „wackelt“ nur hin und her. Das mit dem Wackeln
habe ich auf einer Internetseite gelesen. Aber wenn er nicht
fleißt und dann kommt er doch auch bei der Birne zB nicht an
und kann sie nicht zum leuchten bringen.

Stell die ein Rohr mit dem Innendurchmesser einer Murmel.
Dieses Rohr füllst du dann ganz mit Murmeln.
Wenn du jetzt an einem Ende eine weiter Murmel einfügst, fällt am anderen Ende augenblicklich eine heraus. Die einzelnen Murmeln haben sich aber nur um eine Position verschoben.

Die Information „zusätzlich Kugel im Rohr“ wird also wesentlich schneller übertragen, als sich die Kugeln selber im Rohr bewegen.

Praktisch, also mit Elektronen und Kupferdrähten, wird die Information in der Grössenordnung der halben Lichtgeschwindigkeit übertragen.

Weiß jemand wie
schnell die Elektronen sich bei diesem Vorgang bewegen?

Sehr sehr langsam. Im Bereich von cm, pro Minute

Auch mit Lichtgeschwindigkeit wie die Photonen?

Nur die Information wird praktisch mit annähernd Lichtgeschwindigkeit übertragen.

Kommt der Strom deswegen trotzdem an?

Strom bedeutet, dass sich die Elektronen bewegen und das geschieht praktisch auf der ganzen Länge gleichzeitig.

Und wieso kann man Wechselstrom leicht
transformieren und Gleichstrom nicht?

Wenn sich Elektronen, z.B. in einem Leiter, bewegen, also ein Strom fliesst, erzeugen sie ein Magnetfeld.
Umgekehrt kann man auch einen Leiter in einem Magnetfeld bewegen, wodurch ein Strom in diesem Leiter fliesst. Natürlich kann man auch den Leiter fest montieren und das Magnetfeld bewegen. Nach diesem Prinzip funktioniert z.B. der Dynamo an einem Fahrrad.
Wenn man den Leiter zu einer Spule formt, addieren sich die einzelnen Magnetfelder und man bekommt ein entsprechend stärkeres Magnetfeld.

Desweiteren ist es so, dass die Richtung des Magnetfeldes die Elektronen entsprechend, in eine bestimmte Richtung beschleunigt.
Praktisch ist es nun aber so, dass ein Strom ein Magnetfeld erzeugt, welches der Bewegungsrichtung der Elektronen entgegen wirkt.
Dabei ist es aber so, dass eine Veränderung des Stroms eine Veränderung des Magnetfeldes bewirkt und nur die Änderung des Magnetfeldes die Elektronen entsprechend bremst.

So gelegentlich kommen wir dann zum Trafo und dem Wechselstrom.

Noch etwas zu Spule.
Das Magnetfeld kann sich durch die Gegenkopplung von Strom und Magnetfeld nur entsprechend langsam aufbauen. Somit kann sich auch der Strom nur entsprechend langsam in einer Spule verändern. Je mehr Windungen eine Spule hat, umso stärker ist dieser Effekt. Das Ganze nennt man Induktivität und die Masseinheit ist das Henry.

Also nun zum Trafo.
Wenn du nun eine Gleichspannung an die eine Primärwicklung des Trafos anlegst, baut sich das Magnetfeld langsam auf. Die Sekundärspule befindet sich aber auch in diesem Magnetfeld. Wie wir vorher erfahren haben, erzeugt ein sich veränderndes Magnetfeld in einem Leiter einen Strom.
Wenn sich dann aber das Magnetfeld stabilisiert hat, wird kein Strom mehr in der Sekundärspule induziert und somit fliesst auch kein Strom mehr in der Sekundärspule.
Wenn man jetzt die Gleichspannung abschaltet bricht das Magnetfeld wieder zusammen. Dabei erzeugt es wieder einen Strom, diesmal aber in beiden Spulen. Deshalb kann sich das Magnetfeld auch nur langsam abbauen.
Wen man jetzt den Strom dauernd Ein- und wieder Ausschaltet hat man aber eine Wechselspannung, genau ist es eine pulsierende Gleichspannung. Damit kann man grundsätzlich einen Trafo betreiben.

Praktisch hat man noch ein „kleines Problem“ mit dem Eisen. Wenn man einen Eisenkern in eine Spule steckt, erhöht sich die Induktivität, weil Eisen Magnetfelder besser „leitet“ als Luft.

Eisen besteht aus vielen kleinen Magneten, welche aber wild durcheinander ausgerichtet sind, weshalb sich die Magnetkräfte gegenseitig aufheben. Diese Elementarmagnete nennt man auch Weisssche Bezirke.
Mit einem Magnetfeld lassen sich diese Elementarmagnete nun alle in die selbe Richtung ausrichten. Praktisch ist es aber so, dass die Elementarmagnete nicht alle gleichzeitig umkippen, sonder jeder erst bei einer bestimmten Feldstärke des Magnetfeldes.
Wenn nun aber alle Elementarmagnete gleich ausgerichtet sind kann das Eisen das Magnetfeld nicht mehr weiter verstärken und das Eisen ist in der Sättigung.
Wenn man jetzt das Magnetfeld abschaltet, fällt ein Teil der Elementarmagnete wieder in ihre alte Lage zurück.
Je nach Anwendung verwendet man Legierungen bei denen nur wenige Elementarmagnete in ihre alte Lage zurückfallen (Permanentmagnete) oder aber möglichst viele (Trafoblech).
Um die „hängen“ gebliebenen Elementarmagnete wieder zurück zu drehen muss man ein Magnetfeld mit einer umgekehrten Polung anlegen.

Und jetzt sind wir wieder beim Trafo und dem Wechselstrom.
Damit der Trafo mit dem pulsierenden Gleichstrom funktioniert benötigt man mehr viel Eisen, das die „hängen“ bleibenden Elementarmagnete wirkungslos sind.
Wenn man jetzt einen Wechselstrom verwendet, werden auch diese Elementarmagnete immer wieder umgepolt und somit hat die ganze Eisenmenge eine Wirkung.

So, ich hoffe ich habe dich jetzt nicht nur zugetextet.

Hier noch ein paar Links:
Weisssche Bezirke:
http://de.wikipedia.org/wiki/Weisssche_Bezirke

Hysterese (das ist die Geschichte mit den Elementarmagneten welche sich nicht wider zurückstellen):
http://de.wikipedia.org/wiki/Hysterese

Spule, Induktivität:
http://de.wikipedia.org/wiki/Spule_%28Elektrotechnik%29
http://de.wikipedia.org/wiki/Induktion_%28Elektromag…
http://de.wikipedia.org/wiki/Induktivit%C3%A4t

Transformator:
http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator

MfG Peter(TOO)

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Hallo!

Heißt das, der
Dominoeffekt beim „Stromfluß“ ist aber so schnell wie (fast)
die Lichtgeschwindigkeit? Weil das Licht geht ja sofort an.

Ganz genau.

Michael

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inzwischen habe ich begriffen wie das mit dem Gleichstrom
funktioniert. Die freine Elektronen setzten sich in eine
Richtung in Bewegung, dadurch „fließt“ ein Strom.

Es müssen nicht immer Elektronen sein. Jede Form von Bewegung elektrisch geladener Teilchen sind „Strom“. Denk mal an Kochsalz im Wasser, da wandern Na+ und Cl- Ionen, wenn Du Gleichspannung an Elektroden in dieser Lösung hängst.

Aber das mit
dem Wechselstrom verstehen ich nicht wirklich. Die Richtung
der Elektronen ändert sich ständig, dadurch fließt der Strom
nicht sondern „wackelt“ nur hin und her. Das mit dem Wackeln
habe ich auf einer Internetseite gelesen. Aber wenn er nicht
fleißt und dann kommt er doch auch bei der Birne zB nicht an
und kann sie nicht zum leuchten bringen.

Die Erklärung hast Du ja schon schön anschaulich von Peter bekommen.

Weiß jemand wie
schnell die Eektonen sich bei diesem Vorgang bewegen?

Das kann man ausrechnen. Wir haben das mal in Physik gemacht, war nicht sonderlich kompliziert, eher eine Fleißaufgabe.
Größenordnungen liegen bei cm/h.

Auch mit
Lichtgeschwindigkeit wie die Photonen?

Der „Impuls“ setzt sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Dies ist dann aber die Lichtgeschwindigkeit, die im jeweiligen Medium gilt, also bei Strom meist die in Kupfer. Dort ist sie um ca. 1/3 kleiner als im Vakuum.

Kommt der Strom
deswegen trotzdem an? Und wieso kann man Wechselstrom leicht
transformieren und Gleichstrom nicht?

Ein Transformator funtioniert so:
Spule 1 wird von Strom durchflossen und erzeugt dadurch ein Magnetfeld.
Die Spule 2 wird von diesem Magnetfeld durchflutet. Nun macht aber ein konstantes Magnetfeld noch keine Spannung. Erst durch Änderungen des magnetischen Flusses wird eine Spannung erzeugt (induziert), z.B. durch Bewegung der Spule 2 im Magnetfeld der Spule 1 (dann wäre es aber kein Trafo, sondern ein Generator. An einem Trafo bewegen sich die Spulen nicht), oder man muss das Magnetfeld (also die Stärke des Magnetfeldes) dauernd ändern.
Das geschieht ja beim Wechselstrom ständig, das Magnetfeld wechselt 100mal pro Sekunde seine Richtung. Dadurch entsteht in der Spule 2 eine Spannung, ohne irgendwlechen bewegten Teile.

Seit Tagen versuche ich
das rauszufinden. Auch warum sich um einen elektrischen Leiter
in dem Strom fließt ein Magnetfeld entsteht.

Nimm dies der Einfachheit halber als Naturgesetz hin, genauso wie die Tatsache, dass sich zwei Massen gegenseitig anziehen (Gravitation).
Die Quantenelektrodynamik gibt Erklärungen, aber eine einfache, anschauliche Erklärung gibt es dazu nicht. (Wenn einer eine kennt, her damit!)

Umgekehrt
verstehe ich warum ein Strom durch einen elektrischen Leiter
fließt wenn ich ein Magnetfeld dorthinbringe.

Wichtig sind die zwei Induktiuonsprinzipien:

  1. Ein Leiter wird durch ein konstantes Magnetfeld bewegt.
  2. Ein Leiter wird von einem sich in seiner Stärke ändernden Magnetfeld durchflutet.
    Beidesmal entsteht eine Spannung.
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Hallo an alle die mir geantwortet haben,

bis auf das mit dem Magnetfeld das entsteht um einen stromdurchflossenen Leiter habe ich jetzt alles verstanden. Und das werde ich wohl am besten als naturgegeben hinnehmen.

Gruß Carola

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Anmerkung o.T.
Hallo,

Und das werde ich wohl am besten als naturgegeben hinnehmen.

Diese Einstellung solltest Du Dir schnellstmöglich abgewöhnen. In allen Lebensbereichen.
Gruß
loderunner

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Hallo,

Und das werde ich wohl am besten als naturgegeben hinnehmen.

Diese Einstellung solltest Du Dir schnellstmöglich abgewöhnen.
In allen Lebensbereichen.

Kommt drauf an.
Gravitation nehme ich z.B. hin, auch ohne ihre Entstehung verstanden zu haben.
Auch Elektromagnetismus verstehe ich nicht (also das „wiso ensteht das Magnetfeld“).

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Hallo Carsten,

Der „Impuls“ setzt sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Dies
ist dann aber die Lichtgeschwindigkeit, die im jeweiligen
Medium gilt, also bei Strom meist die in Kupfer. Dort ist sie
um ca. 1/3 kleiner als im Vakuum.

Das stimmt nicht. Prinzipiell setzt sich der „Stromimpuls“ in Kupferkabeln mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit c fort. Das Medium ist auch nicht das Kupfer, da sich die „Stoßwelle“ nicht im Kupfer sondern außerhalb des Leiters bewegt. Des Medium ist dann entweder die Isolation zwischen den Kabeln oder eben die Luft. Ist der Zwischenraum zwischen den Leitern komplett mit Isolation ausgefüllt (z.B. Koaxialkabel), kommst Du tatsächlich auf Werte von 1/3c … 1/2c. Bei Freileitungen kommst Du dagegen auf Werte bis etwa c.

Jörg