Wie schwer ist Strom?

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hi,

Bei einem kleinen Plausch am Abend mit Freunden und einigen Bieren kam so manches Thema zum Gespräch. Wir konnten uns jedoch nicht einigen bei der Frage: Wie schwer ist Strom?

Dazu folgender Meßaufbau. Eine sehr empfindliche (theoretische) Waage bekommt in der Mitte, im Schwerpunkt, eine Energiequelle. Links und rechts auf den Waagschalen liegen je eine Leuchtdiode. Es fließt durch beide LED´s ein gleicher Strom, die LED´s leuchten, die Waage ist im Gleichgewicht. Jetzt wird eine LED nicht mehr mit Strom versorgt (also ausgeschalten). Nun fließt auch kein Strom mehr, also fließen auch keine Elektronen mehr durch die Kabel und die LED. Wird diese Seite der Waage nun „leichter“? Wir vernachlässigen mal die abgestrahlte Energie (Masse?) des Lichtes.

Andre

#2

Hi,

ich bin kein Physiker und rate eher als dass ich was definitives sagen kann.
Wenn Strom fliesst sollte die Elektronendichte eigentlich normal sein. Wenn etwas aber unter Spannung steht, sollte die Elektronendichte groesser (= negative Spannung) oder kleiner (positive Spannung) als normal sein. Das Gewicht von Elektronen ist aber extrem gering.
Wenn Strom fliesst gibt es natuerlich immer eine kleine Spannung (sonst wuerde sich ja nix bewegen) - aber die duerfte (wenn das Leitende Medium gross genug ist) wohl SEHR klein sein.

Gruss

Thorsten

#3

Hallo

Also zunächst käme einem die Elektronen in den Sinn, die bei Strom fliessen.
Aber das sollte keinen Unterschied machen, denn die Elektronen sind auch da, wenn kein Strom fliesst, sie bewegen sich halt nicht (so viel).

Würde mir nur einfallen, daß sich ein elektromagnetisches Feld aufbaut, dieses ja einen Energieinhalt hat und nach der Devise Masse=Energie was wiegen sollte. Aber der Effekt wäre seeeeeeeeeehr klein.

Gruß
Thomas

#4

Hallo,

Elektronen haben eine (geringe) Masse. Wenn kein Strom fließt, ist wie bei einer Wasserleitung das Rohr leer, demzufolge leichter. Oder?

Wir reden hier um Massen von einzelnen Atomen. Daher die theoretische Waage…

André

#5

Hallo!

Elektronen haben eine (geringe) Masse.
Wenn kein Strom fließt, ist wie bei einer
Wasserleitung das Rohr leer, demzufolge
leichter. Oder?

Das mit der Wasserleitung ist eine sehr brauchbare Analogie, und mit dieser läßt sich auch beweisen, daß du falsch liegst:
Stell dir eine Rohrleitung vor, auf dessen Ende ein Ventil ist - ist das Ventil offen, fließt „Strom“, wenn es geschlossen ist, nicht, das Wasser ist jedoch noch immer in der Leitung und hat die gleiche Masse.

Mit den Elektronen im Metall verhält es sich gleich, weil sich Elektronen von Haus aus im Metall befinden (sehr einfach ausgedrückt); wird nun auf der einen Seite ein Elektron „hineingepumpt“ (durch eine Stromquelle) „fällt“ auf der anderen Seite eines hinaus (sehr anschaulich beschrieben, denn es muß ja ein geschlossener Stromkreis sein…)
Wenn dies nicht so wäre, dann müßte doch jedes Mal der Strom, wenn man das Licht abdreht, den ganzen Weg vom Kraftwerk bis hin zum Verbraucher zurücklegen, oder?

alles klar?

mfg!

BStefan

#6

Hallo Andre,
mal unernst : ich denke, wenn die Dioden nach oben gerichtet sind wird die Fliehkraft der die Elektronen ausgesetzt sind (von Kathode nach Anode „fliegen“ sie im Bogen) einen größeren Effekt haben als evtl. die Gewichtsänderung durch mögliche Konzentrationaänderungen. Also zeigt die Diode nach oben, wirds leichter !
eljot

#7

Nu aber!

Soweit dachten wir nicht, aber zu Deiner Beruhigung: Die Leuchtdioden sind lichtdicht verklebt… :smile:

Andre

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#8

Warum wiegt ihr nicht einfach einen vollen Akku (dichten gelakku) oder Kondensator ,und beobachtet seine gewichtsänderung bei der entladung (mit 2 Led, eine nach oben eine nach unten ?

oder ihr stellt, falls ihr glaubt, daß die anode beim enladen schwerer wird, und die kathode leichter, den akku ausbalanciert auf eine achse. bei ladungsänderung kippt er dann.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#9

Hi all
werden da nicht ein paar sachen durcheinandergebracht ?

Masseäaenderung : E=mc*c ?

gilt doch nur bei Kernfission/fusion

Speicherung El Energie passiert durch Ladungstrennung
dH es nuetzt gar nichts ein paar elektronen
aufzuhaufen sondern ein eben so grosser „mangel“ ist auch erforderlich

Die menge an elektronen bzw deren Ladung ist aber in einer Batterie konstant.
nur das mass an trennung ist bei entladung
gegen 0 gehend.
ergo Masse constant

Phagsae

Warum wiegt ihr nicht einfach einen
vollen Akku (dichten gelakku) oder
Kondensator ,und beobachtet seine
gewichtsänderung bei der entladung (mit 2
Led, eine nach oben eine nach unten ?

oder ihr stellt, falls ihr glaubt, daß
die anode beim enladen schwerer wird, und
die kathode leichter, den akku
ausbalanciert auf eine achse. bei
ladungsänderung kippt er dann.

#10

Hi all
werden da nicht ein paar sachen
durcheinandergebracht ?

Nein

Masseäaenderung : E=mc*c ?

gilt doch nur bei Kernfission/fusion

Speicherung El Energie passiert durch
Ladungstrennung
dH es nuetzt gar nichts ein paar
elektronen
aufzuhaufen sondern ein eben so grosser
„mangel“ ist auch erforderlich

darum bau ich ja die Balkenwaage
weils im Akku zur verlagerung kommt

Die menge an elektronen bzw deren Ladung
ist aber in einer Batterie konstant.
nur das mass an trennung ist bei
entladung
gegen 0 gehend.
ergo Masse constant

Phagsae

Warum wiegt ihr nicht einfach einen
vollen Akku (dichten gelakku) oder
Kondensator ,und beobachtet seine
gewichtsänderung bei der entladung (mit 2
Led, eine nach oben eine nach unten ?

oder ihr stellt, falls ihr glaubt, daß
die anode beim enladen schwerer wird, und
die kathode leichter, den akku
ausbalanciert auf eine achse. bei
ladungsänderung kippt er dann.

#11

Elektronen haben eine (geringe) Masse.
Wenn kein Strom fließt, ist wie bei einer
Wasserleitung das Rohr leer, demzufolge
leichter. Oder?

Dieses Rohr ist ganz bestimmt nicht leer.
Metalle werden in der Festkoerperphysik
oft als ein „entartetes Elektronen-Gas“
behandelt. Viele wichtige Eigenschaften,
u.a. die elektrische Leitfaehigkeit von
Metallen, koennen durch diese (natuerlich
vereinfachende) Annahme verstanden werden.
Ein „Elektronen-Gas“ setzt natuerlich
voraus, dass viele von der Sorte vorhanden
sind. Bei Stromfluss werden die Elektronen,
die sonst nicht wissen wohin, in eine
bestimmte Richtung gelenkt.

Wenn man die „Masse des Stroms“ fuer die
Masse der Elektronen haelt (was ja durchaus
vernueftig ist), denke ich, kann man nicht
pauschal sagen, ob eine stromfuehrender
Leiter gewichtiger ist als ein stromloser.
Folgender Grund: Eine angelegte Spannung
bedeutet nur ein Kraftfeld, das vorhandene
Elektronen in eine Richtung bewegt. Die
Stromstaerke ist die Anzahl der Elektronen,
die je Zeiteinheit durch eine Flaeche
bestimmter Groesse fliessen. Spannung und
Strom sind natuerlich verbunden miteinander,
denn Je hoeher die Spannung, desto schneller
die Elektronen, desto mehr fliessen je
Zeiteinheit durch eine Flaeche definierter
Groesse, desto hoeher die Stromstaerke.
Es gibt sogenannte Stromquellen, solche Erzeugen also Ladungen, die in einen Leiter
hineingepumpt werden. Insofern kann das
Gewicht eines stromfuehrenden Leiters hoeher
sein. Das beste Beispiel sind Solarzellen.
Eine solche Hat i.d.R. immer die selbe
Spannung von ca. 0.6V. Die Stromstaerke ist
abhaengig vom Flaecheninhalt dxer Solarzelle
(je groesser, desto mehr Sonnenlicht wird
aufgefangen, desto mehr Ladungen werden
erzeugt).

Bei Anlegen einer Spannung werden, wie oben schon erklaert, die vorhandenen Ladungen
lediglich angetrieben. Das heisst, das
Gewicht des Leiters bleibt erhalten.

MEB

#12

Bin total verwirrt
Hallo zusammen !

Na schön, Elektronen haben eine Ruhemasse. Dazu kommt, zumindest so wie ich mir das denke, beim Strom die Masse, welche der kinetischen Energie entspricht (nach E=mc²: m = m0 + Ekin/c² oder so).
Jetzt erzeugen Ladungsträger ja auch elektrische Felder. Enthalten die Energie ? Wenn ja, haben die Felder eine Masse ? Was, wenn sich die Ladungsträger bewegen; dann verändern sich die Felder, mithin deren Energie bzw. Masse. Wie fließet die Energie dorthin ? Wie schnell ? Hä ?

Wie gesagt: Ich bin verwirrt.

Grüße
Jo

#13

Hi all
werden da nicht ein paar sachen
durcheinandergebracht ?

Nein

Masseäaenderung : E=mc*c ?

gilt doch nur bei Kernfission/fusion

Speicherung El Energie passiert durch
Ladungstrennung
dH es nuetzt gar nichts ein paar
elektronen
aufzuhaufen sondern ein eben so grosser
„mangel“ ist auch erforderlich

darum bau ich ja die Balkenwaage
weils im Akku zur verlagerung kommt

Meine Antwort nochmal:

Die menge an elektronen bzw deren Ladung
ist aber in einer Batterie konstant.
nur das mass an trennung ist bei
entladung
gegen 0 gehend.
ergo Masse constant

stell dir 2 Becher mit kugeln vor
1 voll 1 leer
beide stehen auf einer Balkenwage
( in 1 er Schale )
auf der anderen Seite dasgleiche

so jetzt nimmst du die kugeln aus dem
becher und legst sie in den leeren Becher
was passiert ? …nichts!

Phagsae

Warum wiegt ihr nicht einfach einen
vollen Akku (dichten gelakku) oder
Kondensator ,und beobachtet seine
gewichtsänderung bei der entladung (mit 2
Led, eine nach oben eine nach unten ?

oder ihr stellt, falls ihr glaubt, daß
die anode beim enladen schwerer wird, und
die kathode leichter, den akku
ausbalanciert auf eine achse. bei
ladungsänderung kippt er dann.

PS was man narürlich messen kann ist bei
Bleiakkus die Dichte der Säure die dient
tatsächlich als mass für die Ladung einer Batterie
aber das gesamtsystem bleibt meiner Meinung nach gleich schwer

#14

Hallo,

gilt doch nur bei Kernfission/fusion

und was ist mit dem HELIUM AUS DEM LASER, dem abfallhelium
und naturbelassenem elektronenreichen Helium

Speicherung El Energie passiert durch
Ladungstrennung

stell dir 2 Becher mit kugeln vor
1 voll 1 leer
beide stehen auf einer Balkenwage
( in 1 er Schale )

Ich beschreib ja daß die balance zwischen anode und kathode ist.

die kathode leichter, den akku
ausbalanciert auf eine achse. bei
ladungsänderung kippt er dann.

PS was man narürlich messen kann ist bei
Bleiakkus die Dichte der Säure die dient
tatsächlich als mass für die Ladung einer
Batterie
aber das gesamtsystem bleibt meiner
Meinung nach gleich schwer

meiner meinung nach auch, aber hierbei sieht man das sich die innere gewichtsverteilung tatsächlich ändert, also wenn man den Akku ausbalanciert aufstellt, wirds sichtbar.

#15

Hi Ulrich

scheinbar haben wir eh die gleiche meinung

das mit dem Laser kann ich jetzt so nicht beurteilen
die einzigen Laser mit denen ich bisher zu tun hatte sind „weisslicht“ Gaslaser aus dem
Showtechnik bereich
die haben so um 5W und sind meist von Coherent
Die haben aber eine konstante Gasfuellung die idR ca 2000h ohne erneuerug ihre Aufgabe erfuellt
lt hersteller altert das Gas durch verschmutzung der Heizelektrode

die kathode leichter, den akku
ausbalanciert auf eine achse. bei
ladungsänderung kippt er dann.

da koennt ich natuerlich rummeckern das
die Elektroden bei Batterien nicht links oder Rechts liegen sondern
radialsymetrisch angeordnet sind oder bei
Bleiakkus schichtweise sich gegenueberstehen

man muesste also einen Spezial Akku Bauen
bei dem die Elektroden nur durch ein
Elektrolyt schlauch verbunden sind

Akkus sind eh immer zu schwer auch ohne
Ladung !

Phagsae

#16

Waage schlägt nicht aus
Nein, die beiden Seiten der Waage sind immer noch gleich schwer, egal wieviel Strom durchfließt, da die Menge der Ladungsträger ja immer noch gleich ist, nur bewegen sie sich nicht mehr.

Nichtsdestottrotz hat Strom ein Gewicht, nämlich das Gewicht der ladungsträger und mit dem Coulomb bzw. As kann man ausrechnen, wieviel, z.B. Elektronen gerade unterwegs sind. Das Gewicht eines Elektrons ist auch bekannt - also eigentlich ganz einfach.

#17

Hallo Stefan!

Nichtsdestottrotz hat Strom ein Gewicht,
nämlich das Gewicht der ladungsträger…

Genau so ist es, d.h. man kann keine konkrete Antwort auf die Frage geben, wie schwer Strom ist, denn diese Ladungsträger können ja auch Elektrolyten in einer Lösung sein.

Ich stelle jetzt mal einfach die Frage: wie ist die Grunddefinition von Strom?
Und wie würde man dessen Masse definieren? Ich meine, ein Absolutwert ist wohl kaum sinnvoll, man müßte es auf etwas anderes beziehen (Vorschlag: auf die Stromstärke)

was sagt ihr anderen dazu?

mfg!

BStefan

#18

Wie schwer Strom ist ?
Stromfluß ist nach meiner Kenntnis nur Ladungsweitergabe. Eine Masse der Ladung gibt es nicht (Energie->Materie?)
Und sollte die Spannungsquelle dicht sein, so daß keine Reaktionsprodukte austreten können, dann gilt:
Die Masse der Ausgangsstoffe ist genauso groß wie die Masse der Endprodukte (beweist sich am Beispiel des Bleiakkus recht gut.)

:wink: Wenn Strom doch eine Masse hat, so erklärt dies doch die durchhängenden Überlandleitungen im Sommer …

Im Ernst: Strom kann Kräfte durch das Magnetfeld eines Leiters auf anders gelandene Gegenstände bewirken.
Das wir fest auf der Erde bleiben, geschieht auch nur durch eine Kraft(Schwerkraft).
Wir erklären das aber durch unsere Masse.
Ist sicher eine Ansichtsfrage, ob alles passiv oder aktiv beobachtet wird…

#19

Hi Lutz,

:wink: Wenn Strom doch eine Masse hat, so
erklärt dies doch die durchhängenden
Überlandleitungen im Sommer …

neh, das ist einfach nur die Wärmeausdehnung. Interessanter ist die Sache allerdings bei Wasserleitungen (aus Blei beispielsweise…), welche nach Jahren des Gebrauchs durchhängen.

Erklärung: der Werkstoff KRIECHT, er erfährt also eine plastische Verformung mit der Zeit, auch wenn die Grenze der elastischen Verfomung eiegntlich noch nicht erreicht ist. Dennoch liegt die Temperatur (Raumtemperatur!) so hoch für den Werkstoff, daß eine zeitabhängige Kriechverformung auftritt. Gleicher Efekt ist z.B. auch bei Einkaufstüten aus PE zu beobachten, wenn man viel in die Tüte reintut und sich die Griffe verformen.

Bis denn dann,

Felix

#20

Hi Lutz,

:wink: Wenn Strom doch eine Masse hat, so
erklärt dies doch die durchhängenden
Überlandleitungen im Sommer …

Erstens: Ladungstransport ist stets auch mit Massentransport verbunden. Bisher jedenfalls ist noch keine Ladung ohne Masse beobachtet worden … und ganz besonders nicht in Bleiakkus :smile:

neh, das ist einfach nur die
Wärmeausdehnung.

Das ist so auch nicht richtig. Das liegt vor allem daran, dass diese Leitungen schwer sind und horizontal aufgespannt werden. Deshalb kann man sie aus physikalischen Gruenden niemals waagerecht „spannen“. Die Masten wuerden dann ja nur noch eine Kraftzu den Seiten hin ausueben und keine Kraft mehr nach oben. Darum kann auch der groesste Kraftprotz niemals einen Faden … und sei er noch so duenn, zu einer perfekten Horizontalen spannen :smile:

Die Waermeausdehnung spielt also in diesem Falle keine Rolle!

Gruss

Jens