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 Spannungsquelle |
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Evlino
Senior 
Dabei seit: 11.05.2013
Mitteilungen: 627
 |  Themenstart: 2014-12-16
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Hallo Leute.
ich hole derzeit aus Interesse etwas Physik nach. Ich möchte wissen, was denn jetzt eigentlich eine Spannungquelle ist. Die kommen ja in allen Schaltungen vor. Bleiben wir erstmal bei der Gleichspannung.
Ich hatte mir eine Spannungsquelle immer so vorgestellt: Ich habe Zwei Kugeln K_1 und K_2 mit uterschiedlicher Ladung, wenn ich die mit einem Leiter verbinde und dazwischen eine Lampe lege, dann fließt, weil sich die Ladungen K_1 und K_2 ausgleichen wollen, ein Strom und die Lampe leuchtet.
Diese zwei Kugeln stellen also eine Spannungquelle da?
Gruß,
Evlino
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rlk
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Dabei seit: 16.03.2007
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Wohnort: Wien
 | Beitrag No.1, eingetragen 2014-12-16
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Hallo Evlino,
solche Spannungsquellen waren die ersten, die Ladung wurde durch Reibung oder Influenz erzeugt. Weil sich die Ladungen ausgleichen, fließt der Strom nur für kurze Zeit. Erst mit der Erfindung der chemischen Batterie von Alessandro Volta konnte man über längere Zeit Strom fließen lassen und so bisher unbekannte Eigenschaften des elektrischen Stroms erforschen.
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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Evlino
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| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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Okey, aber auch bei dieser Batterie kommt es also lediglich zu einem Ladungsausgleich?
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rlk
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| Beitrag No.3, eingetragen 2014-12-16
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Hallo Evlino,
elektrischer Strom ist der Transport von Ladungen vom positiven zum negativen Pol der Spannungsquelle. Im Falle des Kondensators kannst Du das als Ausgleich bezeichnen, bei der Batterie würde ich das nicht tun.
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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Evlino
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| Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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Ich hätte elektrischen Strom jetzt eher so verstanden: Der Fluss von Ladungen pro Zeit, durch eine Fläche . Warum sich die Ladungen bewegen, z.B von Plus zu Minus in einem Schaltkreis ist dabei nicht wichtig. Abgesehen meinst du wohl eher die technische Stromrichtung. In Wahrheit bewegen sich die Elektronen schon vom Negativen zum Positiven Pol. Was soll dieser positive und negative Pol sein? Diese Zwei geladenen Kugeln wie anfangs beschrieben?
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rlk
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| Beitrag No.5, eingetragen 2014-12-16
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Hallo Evlino,
wenn sich die Ladungen von einem Pol zum anderen bewegen, dann fließen sie auch durch die dazwischen liegende Fläche. Ja, ich bezog mich auf die technische Stromrichtung.
Die Pole sind die Anschlüsse der Spannungsquelle, im ersten Fall sind es die beiden geladenen Kugeln, im zweiten die Klemmen der Batterie.
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
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Evlino
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| Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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Ich finde die Bezeichnung Pluspol und Minuspol irreführend. Wenn beide Kugeln positiv geladen sind, dann fließt beim verbinden der Kugeln doch auch Strom oder?
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rlk
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| Beitrag No.7, eingetragen 2014-12-16
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Hallo Evlino,
wie bestimmst Du die Richtung des Stroms, wenn beide Kugeln positiv geladen sind? Hast Du den Begriff "Potential" schon gelernt?
Kannst Du vielleicht versuchen, genauer zu beschreiben, was Dir unklar ist?
Ich hoffe, das hilft Dir,
Roland
PS: Wenn Du etwas mehr zum Hintergrund Deiner Frage (z.B. aus welcher Vorlesung welches Studiums sie kommt) und Deinem Vorwissen (z.B. in Deinem Profil) schreibst, können wir Dir gezielter antworten.
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Evlino
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Dabei seit: 11.05.2013
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| Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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Hallo rlk,
ich habe eine Vorlesung zu Elektrostatik gehabt - das liegt jetzt 4 Jahre zurück. Die Begriffe Potential, elektrisches Feld, CoulombKraft, . . . sind mir durchaus bekannt. Meine Frage hat nicht mit dem Studium zutun, beim nachdenken über diese Dinge ist mir klar geworden, das ich das meiste eigentlich nicht richtig verstanden habe. Ich bin auch eher an einer möglichst Physikalischen Begründung interessiert.
Gruß,
Evlino
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Evlino
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Dabei seit: 11.05.2013
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| Beitrag No.9, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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Zu deiner Frage, wie ich dir Richtung des Stromes bestimme, wenn beide Kugeln positiv geladen sind: Sagen wir K_1 hat Q_1 =3 C und K_2 hat Q_2 =1 C. Da ja nur die Elektronen wandern können. Müsste für einen Ausgleich ein Elektron von K_2 nach K_1 fließen. Dann ist nämlich Q_1 =Q_2 =2C. Bei zwei positiven Ladungen fließt der Strom von dem mit der niedrigeren Ladung zu der mit der höheren.
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lula
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Dabei seit: 17.12.2007
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 | Beitrag No.10, eingetragen 2014-12-16
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Hallo
in metallischen Leitungen fließen meist Elektronen, in Halbleitern genauso oft pos. Ladungen, in Elektrolyten positive und negative.
2. Das mit den 2 geladenen Kugeln ist kein gute Modell für eine Spannungsquelle , da sich die Spannung bei der Entladung ändert, also immer kleiner wird. ein Besseres Modell ist eine Batterie, oder ein Dynamo, wo über chemische Energie bzw mechanische energie immer neue Ladungen an den Polen bereitstehen.
bis dann, lula
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Evlino
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Dabei seit: 11.05.2013
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| Beitrag No.11, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-16
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@lula:Muss ich mir also zu den beiden Kugeln zusätzlich ein Apparat vorstellen, dass die rüber geflossenen Ladungen wieder zu der Kugel zurück transportiert? Eine Art Pumpe\/Mühle, die das Wasser wieder hoch transportiert?
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lula
Senior
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| Beitrag No.12, eingetragen 2014-12-17
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Hallo
ja genau das tut eine Batterie oder ein Dynamo.
bis dann, lula
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Evlino
Senior
Dabei seit: 11.05.2013
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| Beitrag No.13, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-17
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Aber warum ist dann die Batterie irgendwann leer?
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Dixon
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Dabei seit: 07.10.2006
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 | Beitrag No.14, eingetragen 2014-12-17
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Hallo Evlino,
vielleicht spricht man besser von einer Potential_differenz_, um eine Spannung zu beschreiben. Man muß halt irgendwie irgendwo ein Nullpotential festlegen, gegen das gemessen wird.
Dann kann es sehr wohl sein, daß zwei Kugeln gegen Null positiv sind, aber auch gegeneinander eine Potentialdifferenz haben, also eine Spannung meßbar wird.
Wenn man eine Spannung nutzen will, muß der zugehörige Strom irgendwie angetrieben werden. Es muß Arbeit verrichtet werden, um Ladungsträger zu trennen; wenn sie sich wieder begegnen, kann Arbeit verrichtet werden.
Bei den üblichen geladenen Gegenständen aus der Schulphysik ist die Arbeit mechanisch: man lädt die ein bischen auf und erhöht dann den Abstand. Die leistbare Arbeit ist aber auf die paar Ladungsträger beschränkt, die sich auf den Platten oder so sammeln lassen. Im allgemeinen macht es also nur kurz mal peng.
Im Dynamo wird mechanische Energie umgewandelt in Bewegung der Ladungsträger. Solange sich was bewegt, kann Strom fließen.
In einer Batterie wird der Strom durch chemische Energie angetrieben. Das geht aber nur so lange, bis die Chemikalien aufgebraucht sind. Die chemischen Reaktionen laufen auch ab, wenn kein Strom entnommen wird (nur langsamer); darum haben Batterien ein Haltbarkeitsdatum und sollten bei Nichtgebrauch im Kühlschrank liegen (Faustregel: die chemische Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt sich je 10K Temperaturanstieg).
Grüße
Dixon
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lula
Senior
Dabei seit: 17.12.2007
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| Beitrag No.15, eingetragen 2014-12-19
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Hallo
eine Batterie ist nicht leer. am Anfang und Ende ihrer Lebensdauer sind gleich viel Ladungen drin. Aber von Anfang an nur eine gewisse Menge nutzbare chem. Energie darin gespeichert.
Wenn du einen Dynamo antreibst brauchst du auch "chemische" Energie wenn du erschöpft bist tut der Dynamo nichts mehr, ist aber nicht leer.
bis dann, lula
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Evlino
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Dabei seit: 11.05.2013
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| Beitrag No.16, vom Themenstarter, eingetragen 2014-12-19
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@Dixon: Mittlerweile habe ich auch verstanden, das man Spannung am Besten als Potentialdifferenz auffasst. Im Gravitationsfeld ist für die Änderung der potentiellen Energie auch nur die Höhendifferenz wichtig. Man kann schließlich die Höhe h=0 (E_pot=0) festlegen. Ich glaube aber, dass eine Spannungsquelle in den Schaltkreisen, die man in der Elektronik kennt, was anderes gemeint ist.
@lula: Ich denke auch, dass (idealisiert) die Anzahl an fließender Ladungen am Anfang und am Ente gleich ist- nur halt das die danach ruhe. Aber irgendeine Energie muss es ja abgegeben haben, sagen wir mal, dass was du als chemisch nutzbare Energie bezeichnet - was soll das sein? Ich vermute mal auch Materie, also letztendlich Ladungen. Schließlich ist Energie=Masse. Es könnte natürlich auch irgendeine Bindungsenergie sein? Ich glaube nicht, dass die Batterie Photonen abgibt :)
Vielleicht könnt Ihr mir folgendes klarer machen, was mich eigentlich stutzig macht. Nämlich der Plattenkondensator. Zu der Funktionsweise habe ich ziemlich oft gelesen, dass die Spannungsquelle eine Elektron aus der Platte B rausholt und in die Platte A legt und zwar so lange, bis der Gegendruck von Blatte A so groß ist, dass die Spannungquelle keine weitere Ladung mehr reinpressen kann.
Was ist damit gemeint, dass die Spannungquelle Elektronen von der einen Platte in die andere befördert. So etwas könnte z.B. sicherlich nicht funktionieren, wenn man einfach zwei unterschiedlich geladenen kugeln an zwei gegenüberliegende Platten verbindet oder?
Gruß,
Evlino
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lula
Senior
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| Beitrag No.17, eingetragen 2014-12-19
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Hallo
1. ob du deine 2 Kugeln oder eine Spannungsquelle mit dem Plattenkondensator verbindest, ist egal, im Prinzip fliessen auf der einen Seite Ladungen zu auf der anderen ab. Nur nimmt bei den Kugeln dabei die Spannung zw, den Kugeln ab, ihre Ladungsmenge verteilt sich so, dass am Ende bei beiden dieselbeSpannung herrscht.
Verbindest du mit einer Gleichspannungsquelle fließen genauso Ladungen von einer Seite weg, und auf die andere zu. Aber dass die Quelle die Elektronen auf einer Seite wegnimmt und auf die andere "löffelt" ist eher ein bild für Kinder. hast du das aus einem "Wissensbuch" für Kinder, da ist die Beschreibung angemessen.
Die normale Situation ist eher so: man verbindet den einen Pol der Spannungsquelle mit der Erde, ebenso eine der Platten. jetzt fliessen -wenn du den +Pol geerdet hast- negative Ladungen auf die eine Platte, die stoßen die negativen auf der anderen Platte ab, soweit sie können also in die Erde. Aus der Erde fließen i.A. völlig andere neg. Ladungen zum geerdeten Pol der Quelle,, und werden von dort uf die andere Seite gepumpt.
Zu der anderen Frage: natürlich gibt jede Spannungsquelle sobald ein Strom fließt Energie ab, wieviel hängt von der Größe des Stroms ab. Wenn du mit der Quelle einen Kondensator oder deine Kugeln auflädst, sitz die Energie danach in denen.
dien Kugeln sind auch nichts anderes als ein Kondensator, also ist der Unterschied Plattenkindensator und geladene kugeln klein, bei kleinen Plattenabständen passen eben (bei gleicher Spannung) mehr ladungen uf den Plattenkondensator als auf die Kugeln.
bis dann, lula
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