Wie kann man sich Wechselstrom anhand eines einzelnen Ladungsträgers z.B. Elektron vorstellen? Da sich die Polarität bei Wechselstrom stätig ändert von + auf - auf + auf - und so weiter und das ganze jeweils 100mal in der Sekunde? Wie weit fließt ein einzelnes Elektron in eine Richtung oder gibt es nur die Ladung an ein benachbartes Elektron weiter? Habe nämlich schon gelesen, dass das Elektron nur um seinen Ruhepunkt schwingt, wie kommt dann der „Stromfluss“ zustande, die Weitergabe der Ladung?
Oder kann man sich das wie bei Gleichstrom vorstellen, weil das einzelne Elektron mit nahe Lichtgeschwindigkeit hin und her fließt(6000km/s)? Wenn es geht, bitte nur ausführliche Erklärungen, Danke.
Es tut mir leid, aber ich bin Elektriker und kein Physiker. Ich kann Dir dazu keine Erklärung geben. Uebrigens, die Lichtgeschwindigkeit beträgt abgerundet 300 000km/s und nicht 6000km/s
MfG
Romain
Ok, dazu eine ausführliche detailierte Erklärung abzugeben ist wahrscheinlich besser ein Physiker in der Lage, so befürchte ich meine Grundkenntnisse würden nict ausreichend sein und ich müßte mich auch detailliert belesen, ist nun auch schon ein weilchen her.
sorry
Hallo Phi_OmegA!
Tut mir leid, da kann ich Dir nicht weiterhelfen. Bin mehr der praktische Anwender…
Viele Grüße
Hugo
So ins Detail muss es nicht gehen, wie würden Sie es beschreiben ?
Leider weiß ich noch nicht , wie ich meinen Beträg ändern kann, deshalb sind da ein paar Fehler drin:frowning:
Hallo Phi_OmegA,
erst mal muss ich Dir sagen, Fragen über Fragen. Was Du Da wissen willst, ist eher eine Aufgabe für einen Uni-Dozenten!.
Zunächst mal: Wie wir es gelernt haben, ist der Strom zwar annähernd Lichtgeschwindigkeit durch seine Wegstrecke (Kabel) jedoch ist die Fließgeschwindigkeit der Elektronen viel, viel langsamer. Du musst Dir vorstellen, Du hättest ein Rohr, gefüllt mit Kugeln. Wenn Du nun eine weitere Kugel an der einen Seite rein schiebst, fällt auf der anderen Seite sofort eine Kugel raus. Die Kugel ist zwar langsam, das Ergebnis aber trotzdem annähern Lichtgeschwindigkeit am anderen Ende des Rohres zu sehen. Ähnlich ist es mit den Elektronen. Diese Können übrigens, soweit ich weis, ihre Ladung nicht abgeben. Im Atommodel betrachtet würde ja dann nur noch die Fliehkraft auf das, zugegeben kleine Gewicht, Elektron wirken. Die Anziehungskraft der Ladung wäre dann geringer, da nicht mehr „plus“ an „minus“ zieht, sondern „plus“ an „neutral“. Die Folge wäre dann, dass das Elektron sich vom Kern lösen würde. Die Richtung wäre dann unbestimmt, da diese dann vom Zeitpunkt des Lösens und der aktuellen Position abhängen würde. Wie gesagt, dies ist nur vom allgemeinen Atom-Model betrachtet so. Es gibt ja auch Denk-Modelle, bei denen die Elektronen den Kern nicht umkreisen sondern als eine Art „Zitter-Materie“ den Abstand halten.
Nun zum Kern der Frage: Wechselstrom!
Wenn man sich Vorstellt, dass bei Gleichstrom durch die Ladung auf einer Seite die Elektronen abgesaugt werden. Holt sich das „leere“ Atom vom Nachbar dieses wieder zurück. Da ja auf der anderen Seite, ebenfalls durch die Ladung, Elektronen reingedrückt werden (denk an das Rohr, nur dass hier nicht nur gedrückt, sondern auch gesaugt wird) gibt dieser die Elektronen gerne her, da der Atomkern ja nicht die positive Ladung besitzt um weiter Elektronen zu halten.
Nun muss man sich nur noch vorstellen, dass diese Ladung sich immer wieder umdreht. Da die Masse eines Elektrons irrsinnig gering ist, kann dies in sehr hoher Wechselgeschwindigkeit geschehen.
Das mit dem Weitergeben von Ladung, wie Du es erwähnt hast, habe ich auch schon gehört. Aber wie oben erläutert, sehe ich da eben das Problem, dass die Elektronen beim Abgeben keine exakte Richtung haben. Ein Isolieren wäre dann schwierig und soweit ich es verstehe, werden frei in den Raum abgeschossenen Atom-Partikel auch als Strahlung bezeichnet. Und strahlen tut Strom ja wirklich nicht. (Kleiner Scherz)
Ich weis ja nicht für welche Schule Du dieses Wissen brauchst. Für Haupt und Realschule sollte dies Art des Verständnisses ausreichen. Bei Gymnasium und Studium muss man weiter in die Atom und Ladungs-Lehre einsteigen. Da braucht es aber dann auch fundiertes Grundwissen um es zu ertragen. Übrigens auch als Elektriker braucht man nicht mehr zu wissen.
Gruß
Kleiner Racker
Hi Racker dein Model ist ganz gut und ich möchte damit auch arbeiten. Also, wenn eine Gleichspannnungsquelle einen Gleichstrom zur Folge hat und das Elektron(wir gehen mal von einem einzigen aus) vom dem negativem Pol (physikalische Stromrichtung) zum positivem Pol fließt, also am Rohranfang rein und hinten raus, wie kann ich mir das bei Wechselspannung und dem daraus resultierenden Wechselstrom vorstellen? Ich hab das Rohr, das Elektron, nun wechsle ich die Polarität jede 10ms von Plus auf Minus. Wie kommt da der Stromfluss zustande, das Elektron wird doch im Rohr hin und her fließen, wo ist mein Denkfehler? Geht das so schnell, das das Elektron den Weg ohne Probleme schafft, aber ein FI kontrolliert den Strom der rein fließt und der raus fließt, also kann das hin her mal schnell nicht stimmen. Das mit Elektron Ladung abgeben und so vergessen wir mal ganz schnell wieder. Wenn nicht nur gedrückt wird sondern auch gesaugt, wo ist dann der Stromfluss? Und wie kann ich Strom messen, wenn das Elektron durchs saugen und drücken nicht vorrankommt und den Leiterquerschnitt wo ich Strom messen möchte nie erreicht, oder doch? Oder reicht die Zeit aus um das Elektron einmal Start und dann Ziel zu erreichen? Wäre nennt, wenn du dir noch mal die Mühe machen könntest, vielleicht versteh ich es ja dann. Vielleicht kannst du meine Fragen ja aufgliedern mit 1,2,3,4,5, und jeweils dazu eine Antwort geben, wenn es einfacher ist, Danke schon mal im Voraus für die Mühe.
Hallo Phi_OmegA,
Also das mit dem hin und herschieben der Elektronen können wir ruhig mal weiter glauben. Wenn man etwas hin und herschiebt braucht es ja Energie. Und wenn etwas in Bewegung ist ja auch diese Energie in dieser, zugegebener maßen, kleinen Masse enthalten. Energie, die nun ihrerseits Arbeit verrichten kann:
- Bewegt sich ein Elektron mit seiner Ladung in einer Spule, wird ein Magnetfeld erzeugt. Schon hat man einen Elektromagneten. Diese richtig angeordnet und in der richtigen Reihenfolge geschaltet, ergeben dann einen Motor.
- Hat ein Leiter einen hohen Widerstand, kann man es sich so Vorstellen, als ob Du Wasser durch ein zu kleines Rohr drückst. Gut das wird noch nicht richtig warm! Wenn man sich aber vorstellt, es wäre Sand, das durch das Rohr muss, erkennt man, dass hier Reibung entsteht und sich das Rohr erwärmt. Bei Strom ist es so, dass einfach zu wenig Platz für die Elektronen da ist und sie beim Hin- und Herschieben (bei Gleichstrom durchschieben) an die anderen Atome anstoßen. Diese werden dadurch ebenfalls in Schwingung versetzt. Wenn man sich nun klar ist, dass Wärme nichts anderes ist, als Bewegung im atomaren Bereich mit einer extrem schnellen Schwingung, kann man sich ein Heiz-Element vorstellen.
- Nimmt man das Beispiel des Heiz-Element´s und erhöht den Widerstand bei gleichem Stromfluß (gleich viel Sand durch noch kleineres Rohr in der selben Zeit) leuchtet es ein, dass das Ganze noch heißer wird. Es fängt an zu glühen. Diese Schwingung ist so hoch, dass sie nicht nur auf den Draht beschränkt bleibt, sondern auf das Umfeld wie Luft und dergleichen übergeht. Wir haben Licht erzeugt. Hier scheiden sich dann die Geister. Eine Theorie besagt, dass Licht Materie beinhaltet, die irrsinnig schnell schwingt. Die sogenannte Wellenlänge des Lichtes. Eine andere besagt, dass Licht lediglich aus Schwingung besteht. Was da schwingt, kann aber niemand genau sagen. Aber egal wie es ist, so entsteht aus Strom Licht (zumindest in meiner Welt).
- irgendwo zwischen Lichtwellen und Wärmeschwingung gibt es auch Frequenzen, bei denen wir zwar noch nichts sehen, aber das Elektrische Feld abgestrahlt wird. So in etwas funktionieren Sender für Fernsehen, Funk, Radio, Handy´s und dergleichen.
- Ton ist eigentlich wieder nur das Beispiel des Magneten. Ein Elektro-Magnet bewegt eine „Papier-Tüte“, die dadurch die Luft in Schwingung versetzt. Schall entsteht. Regelt man dies dann gut, wird ja sogar Sprache draus.
Mir fällt jetzt auf die Schnelle nix ein, was sonst noch elementar mit Strom erzeugt wird. Alle anderen Sachen sind immer wieder diese Begebenheiten oder Mixturen daraus.
Also der sogenannte „Stromfluss“ ist nicht unbedingt wörtlich zu nehmen. Es ist eher eine kontinuierliche Energieabgabe von der Stromführenden Leitung an einen Verbraucher. Diese Abgabe ist ja dann immer in die selbe Richtung. Nämlich in den Verbraucher. Also fließt eher die Energie als der Strom.
Nun zum FI-Schutzschalter. Ein Gerät, dass erkennen soll, ob jeder Strom der zum Gerät fließt auch wieder zurück kommt. Fehlt da was, ist anscheinend etwas an einer Stelle gelangt, wo es nicht hingehört hätte (im schlimmsten Fall in einen Menschen). Hier wird wieder der Elektromagnet benutzt.
Nun muss man wissen, dass Strom nur „fließt“ (belassen wir es mal bei diesem Wort) wenn der Stromkreis geschlossen ist. Wenn also eine Stromquelle sowohl drücken als auch auf der anderen Seite saugen kann. Man hat also die Stromquelle, einen Draht zum Verbraucher, einen Draht wieder zurück zur Stromquelle.
Man muss auch wissen, dass ein Elektron, dass durch eine Spule bewegt wird (egal wie weit, also auch beim Hin- und Herschieben) richtungsbezogen entweder ein positives oder ein negatives Magnetfeld erzeugt.
Stell Dir mal folgenden Versuchsaufbau vor:
Da ist der eine Pol der Stromquelle. Von da weg geht der Draht durch die Spule des FI zum Verbraucher. Von ihm geht der Draht, wieder durch die Spule, zurück zur Stromquelle. Also einmal vorwärts und einmal rückwärts durch die Spule.
Wenn Du Dir nun vorstellst, dass Du ein Elektron bei der Stromquelle reinschiebst erzeugt diese Bewegung im FI ein Magnetfeld. Im Rückführdraht ist diese Bewegung aber gerade andersrum. Also auch das Magnetfeld gegenpolig. Es hebt sich also auf. Folglich alles in Ordnung. Liegt nun ein „Fehlerstrom“ vor, schiebt sich das Elektron zum Beispiel in den Körper. Im Rückführdraht bewegt sich also nichts. Da nun das gegensinnige Magnetfeld fehlt, entsteht die magnetische Kraft, die den FI-Schalter abschaltet. Bei Wechselstrom muss man sich das alles mit Millisekundenbereich betrachten. Kurzzeitig hat man da ja eine Richtung. Auch wenn sie kurz darauf in die andere Richtung geht.
Nun zum Strom-Messen:
Wieder ist die magnetische Wirkung gefragt. Hier wird im Gegensatz zum FI nur ein Leiter durch das Messgerät geführt. Dadurch hebt sich nichts auf. Die Kraft, die beim Fehlerstrom den Schalter auslöst, wird hier dazu verwendet, einen Zeiger gegen eine Feder zu drehen. Mal Dir hinter den Zeiger eine Skala, und Du hast ein Strommessgerät.
Nun zur Frage, ob die Zeit ausreicht, um das Elektron von einem Pol zum anderen zu schicken. Bei Gleichstrom ein klares „JA“.
Bei Wechselstrom eher nicht. Je nach Spannung, Material des Drahtes und des Verbrauchers, deren Widerstände und der Temperatur sind andere Geschwindigkeiten zu errechnen.
Wir reden da von sehr langsamen Bewegungen wie etwas 0,1mm/sek und so. Da braucht es keine hohe Frequenz um das Umkehren der Elektronen einzuleiten bevor es am anderen Pol ist.
So, ich hoffe, dass ich Dir etwas weitergeholfen haben.
Wenn Du mir nochmal schreibst, würde ich mich freuen, wenn Du mir Dein Alter und Deinen Schulausbildung sagen würdest. Dann könnte ich bestimmt besser auf das Ganze eingehen.
Gruß
Kleiner Racker
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Tut mir leid, aber da kann ich nicht weiterhelfen. J.O.
Hallo,
eine interessante Frage. Jedoch gibts da einige Literatur und auch im Internet ist dieses Thema ausführlich beschrieben. Denn nochmal alles schreiben, was schon im I-Net steht, davon wird´s auch nicht richtiger.
Fakt ist, dass sich die Ladungsträger in Lichtgeschwindigkeit auf den Gegenpol zubewegen. Das freie Elektron springt von Atom zu Atom in die freie Stelle, die jedes Atom in der Atomhülle eines leitfähigen Materials hat. Zwar wechselt die Polarität wie Du ja schon geschrieben hast, aber das Elektron als Ladungsträger ist so schnell, dass es seine Ladung rüberbringt u. z.B. die Glühlampe leuchtet.
Übrigens, bei einem bestimmten Blickwinkel kannst Du bei der Leuchtstoffröhre das Licht flackern sehen. Also nicht direkt reinschauen, sondern eher vorbei.
Angenommen, das Polarität kann in Lichtgeschwindigkeit wechseln, wird es wohl keinen Stromfluss geben, weil dann die Elektronen ja keine Zeit hätten, um den Gegenpol zu erreichen bzw. keine Bewegung stattfinden würde.
Soweit meine Ausführungen dazu,
ich hoffe, sie hat Dir geholfen.
Gruß Nico
Hi, deine Erklärung hat mich ein kleines Stück weiter gebracht, sofern sie stimmt. Also ist die Änderung der Polatrität so langsam, dass die Elektron von - zu + fließen können. Nachdem sich die Polarität der Spannung (in 10ms(50Hz Netz)) umgedreht hat, fließen sie, nehmen wir einen Cu-Leiter an, in entgegengesetzter Richtung wieder zurück ?!
Hallo, würde mit Ihnen gern noch einige Fragen klären, wie kann ich den hier meine Daten ohne das es jeder sieht zukommen lassen?
Hallo, hast schon Recht, es gibt einiges im I-Net zu lesen darüber, aber ich habe bis jetzt noch nichts gefunden, was mir einleuchtend beschreiben kann, wie Elektronen beim Wechselstrom „fließen“. Bei Gleichstrom ist es mir klar, Batterie hat einen +Pol und einen -Pol, pysikalisch wandert ein und das selbe Elektron vom -Pol zum +Pol der Batterie, also kann man sagen das Elektron fließt von - zu +. Aber wie läuft das bei Wechselstrom ab, da sich ja die Polarität immer wieder ändert. „kleiner Racker“ schreibt das sich die Geschwindigkeit bei 0,1 mm/s liegt, hab ich da nur was falsch verstanden, oder ist die Aussage verkehrt, weil so würde das Elektron den Weg vom - zum + Pol nie schaffen.
Hallo, würde mit Ihnen gern noch einige Fragen klären, wie
kann ich den hier meine Daten ohne das es jeder sieht zukommen
lassen?
hallo Phi_OmegA,
klick auf meinen Prfil-Namen. Da kommt dann eine Seite mit meinem Profil. Da ist dann ein Brief-Couvert abgebildet. Wenn Du da drauf klickst, wird mir Deine Nachricht übermittelt, ohne dass wir gegenseitig unsere Adressen angezeigt kriegen. Geheimer gehts doch nicht.
Kennste den Spruch: Nur weil ich Paranoa bin, heist das noch lange nicht, dass ich nicht verfolgt werde 
Im Ernst, ich hab mein Profil ja auch nicht ganz ausgefüllt.
Gruß
Kleiner Racker
Hallo,
auf welche Geschwindigkeit bezieht sich denn die Aussage vom „kleiner Racker“ ?
Hier ist mal ein Link, da wurde die Geschwindigkeit der Elektronen errechnet.
http://www.elektroniktutor.de/grundlg/geschw.html
und hie rauch noch eine interessante Antwort:
http://www.gutefrage.net/frage/wie-schnell-ist-elekt…
Und wie Du siehst, hab ich nicht ganz recht, denn das Elektron kann sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sondern die Ausbreitung des elektrischen Feldes ist so schnell.
Du darfst nicht genau das „eine“ Elektron auf einer Seite der Leitung betrachten, du musst alle Elektronen sehen. Jedes Elektron hat eine Ladung die es transportiert und abgibt. Und diese Ladung wird dann abgegeben an das nächste Elektron. Damit aber dieses Elektron einen freien Platz (wieder) hat, muss es die Ladung abgeben, und dass tut es auch, die Lampe brennt, weil die Ladung durch den engen Glühfaden der Lampe will und die Reibung so groß ist, dass dieser heiß wird. Bis zur Weißglut.Die Energie wird ja dann als Licht sichtbar, also die Energie wird nach „unten“ abgegeben.
Soweit klar?
Gruß Nico
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Ich denk mal jetzt hab ich es, das wollt ich wissen. Nicht die Elektronen, sondern die Energie(elektrische Feld) wechselt nahe Lichtgeschwindigkeit seine Richtung bei Wechselstrom. Zwar bewegen sich die Elektronen gerichtet nach der Wechselspannung hin und her aber halt nur im mm/s-Bereich. Hatte ich wohl immer ein leicht verzerrtes Bild von der Materie. Werd aber noch ein paar Fragen stellen, um das Wissen jetzt noch zu festigen. Danke bis hierhin erst einmal.
Sehr geehrter Herrn OmegA
Die Energie wird am nächsten Elektron weitergegeben.
Mit freundlichen Grüße,
Slambrouck
Remscheid
Hallo,
nachdem hier einige Verständnisprobleme vorliegen will ich es mal kurz erklären
1.Selbst bei Gleichstrom „fließen“ die Elektronen nicht mal annähernd mit Lichtgeschwindigkeit ich glaub so um 4*10^-5 m/s also extremst langsam.
2.Es ist dem Verbraucher (Glühbirne,Motor etc. ) genau so egal ob die Elektronen sich hin in her bewegen oder fließen.
Entscheidend ist hier nur die elektrische Feldänderung resp. die Spannungänderung die sich, und jetzt kommts, tatsächlich mit annäherd Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt.
Das heiß als praktisches Beispiel der Generator im Kraftwerk erzeugt eine Wechselspannung wenn nun dort die Elektronen ´zum Schwingen angeregt werden pflanzt sich diese „Bewegung“ bis zum Verbraucher in eben fast Lichtgeschwindigkeit fort.
Mit freundlichem Gruß