Kann mir jemand erklären, was genau Spannung darstellt? Zwei Elementarladungen, eines positiv, das andere negativ geladen, bilden in Raum ein E-Feld. In diesem Feld ist eine bestimmte Energiemenge gespeichert. Nach der Gleichung W=0,5*Q*U kann man die Energiemenge mit der Spannung verändern. Die Spannung verändert also den Raum zwischen den zwei Elementarladungen in meinem Beispiel. Kann man Spannung als eine Eigenschaft des Raumes ansehen? So wie die Masse den Raum krümmt und ihn damit verändert, so krümmt auch die Spannung den Raum zwischen zwei Ladungsträgern, wodurch ein Potential entsteht, ähnlich dem Gravitationspotential?
@ Maxim W. (maxim) >kann man die Energiemenge mit der Spannung verändern. Ja. > Die Spannung >verändert also den Raum zwischen den zwei Elementarladungen in meinem >Beispiel. Nein. >Kann man Spannung als eine Eigenschaft des Raumes ansehen? Nein. Einfach die Formel umstellen. Es ist Energie/Ladung, also Energie pro Elektron. > So wie die >Masse den Raum krümmt und ihn damit verändert, so krümmt auch die >Spannung den Raum zwischen zwei Ladungsträgern, wodurch ein Potential >entsteht, ähnlich dem Gravitationspotential? Zuviel StarGate geschaut. ;-) Wenn man sich einen Kondensator als Wasserfass vorstellt, dann ist das Volumen die Ladungsmenge. Die Spannung ist dann die Höhe des Wasserspiegels im Fass. MFG Falk
Moin, Nein, die Spannung ist das Weg-Integral entlag des elektrischen Feldes. Je länger ein Elektron dem Feld ausgesetzt ist, desto größer wird sein Impuls (proportional zur Geschwindigkeit). Das Weg-Integral entlang des elektrischen Feldes wird als Spannung bezeichnet. Bastler
Falk Brunner wrote: > Zuviel StarGate geschaut. ;-) Bisher keine einzige Folge. > Wenn man sich einen Kondensator als Wasserfass vorstellt, dann ist das > Volumen die Ladungsmenge. Die Spannung ist dann die Höhe des > Wasserspiegels im Fass. Und wenn nun ein Ion aus dem E-Feld Energie aufnimmt und beschleunigt wird, bleibt die Ladung im Kondensator gleich, die Spannung sinkt aber. Entsprechend deinem Beispiel würde das Volumen gleich bleiben, aber der Wasserspiegel sinken. Ja wie jetzt? Volumen und Wasserspiegel sind direkt voneinander abhängig. Da kann etwas nicht stimmen ... Würde man die Spannung nicht als Wasserspiegel sondern als die auf das Wasser einwirkende Gravitationskraft auffassen, würde der Vergleich wieder stimmen. Weil das beschleunigte Ion dem E-Feld Energie entzogen hat, verringert sich in dem Modell die Gravitationskraft, also die Raumkrümmung. Das Wasser im Fass wird nicht weniger (die Anzahl der Elementarladungen im Kondensator bleibt konstant), aber die Arbeit, die es verrichten kann, sinkt, weil die Potentielle Energie des Wassers mit der Gravitationskraft abnimmt. Das ist halt meine Vorstellung der Spannung. Vielleicht hat jemand ein einfacheres Modell.
Bastler wrote: > Moin, > Nein, die Spannung ist das Weg-Integral entlag des elektrischen Feldes. > Je länger ein Elektron dem Feld ausgesetzt ist, desto größer wird sein > Impuls (proportional zur Geschwindigkeit). Das Weg-Integral entlang des > elektrischen Feldes wird als Spannung bezeichnet. > > Bastler Jo, das ist eine mathematische Betrachtung. Damit kann man wunderbar hantieren. Aber das hilft nur bedingt, wenn man sich ein Bild von verschiedenen physikalischen Größen und deren Wechselwirkung machen will.
Moin, wenn du dir eine genaue Vorstellung von den Wirkungen untereinander machen willst, dann musst du noch tiefer ansetzen und beim D-Feld anfangen. (Denn das E-Feld ist von dem Materialparameter Epsilon-r und der Naturkonstante Epsilon-Null abhängig). Dann geht es über die Maxwellschen Gleichungen weiter zum Magnetismus. Wenn du alles miteinander in Einklang bringen willst, führt leider kein Weg an dem guten Mann vorbei. Ich finde deine Betrachtung mit der Raumkrümmung sehr viel mathematischer als meine. Zumal Raumkrümmung und Zeitdiletation erst ab gewissen Geschwindigkeiten und Massen ein Rolle spielen. Ansonsten beleiben wir beim Wasserglas: "Und wenn nun ein Ion aus dem E-Feld Energie aufnimmt und beschleunigt wird, bleibt die Ladung im Kondensator gleich," Nein, wenn es an dem anderen Ende des Kondensators angekommen ist, wird es dort einen Teil der Ladung neutralisierung und damit das E-Feld schwächen. Der Pegel ist also gefallen.
wenn man versucht etwas anschaulich zu erklären dann ist es unumgäglich dass die beschreibung nicht 100pro korrekt ist. gut aber dafür hat man das ding zumindest ansatzweise verstanden und kann damit weiter arbeiten. Deswegen hier meine Anschauung bzgl Spannung: Wir wissen ja das es gilt U=R*I Stell dir vor die Spannung wäre eine Strasse, der Strom wären die Menschen auf dieser Strasse und die Widerstände würden irgendwelche hindernisse auf dieser Strasse darstellen. D.h. je größer die Strasse (U) desto mehr Menschen (I) und/oder mehr Hindernisse (R) haben Platz. Angennomen die Strasse(U) hätte eine konstante größe gggg dann müsste entweder weniger emnschen(I) oder weniger Hindernisse (R) sein damit sich auf der Strasse überhaupt Bewegung der Menschen stattfindet. So das ist meine Version dazu und warte spannend(U) ;-) auf die kritik der klein karrierten usern.
ich finde die analogien zum heizungskreislauf vielleicht intuitiver. hier entspricht die spannung der temperaturverteilung, der strom dem durchfluss und der widerstand dem strömungswiderstand. die energie, die ein bauteil im stromkreis "verbrät" ist ja spannungsabfall mal strom, analog zum heizkreislauf ist die energieabgabe am heizungskörper der temperaturabfall mal der volumenstrom. auch die oben angesprochene beschreibung, dass spannung mit energie pro teilchen zu sehen ist, passt. die temperatur kann auch als eigenschaft eines raumes angesehen werden. wenn nun ein masseteilchen durch diesen raum bewegt wird, nimmt es energie auf, oder gibt sie ab, wie der weg zwischen anfang und ende gewählt wird, ist egal, es zählen nur anfangs- und endpunkt, wie bei der spannungsmessung
Mein Modell für die Zusammnhänge ist das eines Fallrohres in einem Wasser-Speicherkraftwerk. Aus dem Speichersee fliesst Wasser durch ein Rohr runter auf die Turbine. Das Rohr entspricht einem bestimmten Widerstand, die Fallhöhe ist die Spannung und die Wassermenge, die abhängig von Rohr- Durchmesser durchkommt, ist die Stromstärke. Wenn ich eine große Fallhöhe habe aber einen winzigen Querschnitt (200 Meter langer Strohhalm) dann wird die Turbine nur vor sich hin gähnen. Analog hab ich zwar eine enorme Spannung aber nur einen winzigen Strom, so dass, P = U*I, die elektr. Leistung nicht ausreicht den Verbraucher anzutreiben. Auf der anderen Seite bringt mit ein enormer Querschnitt (riesige Strommenge) aber eine winzige Fallhöhe (keine Spannung) auch nichts, weil sich das Wasser durch die geringe Fallhöhe nicht bewegt und daher die Turbine ebenfalls nicht antreibt. Je enger das Rohr ist, desto geringer ist die Wassermenge die durchkommt. Je weiter das Rohr, desto mehr Wasser schafft es. Aber wie alle Modelle, hinkt es natürlich etwas.
Karl heinz Buchegger wrote: > Mein Modell für die Zusammnhänge ist das eines Fallrohres > in einem Wasser-Speicherkraftwerk. > > Aus dem Speichersee fliesst Wasser durch ein Rohr runter > auf die Turbine. > > Das Rohr entspricht einem bestimmten Widerstand, die Fallhöhe > ist die Spannung und die Wassermenge, die abhängig von Rohr- > Durchmesser durchkommt, ist die Stromstärke. Und wenn man "Fallhöhe" durch "Wasserdruck" ersetzt, kann man mit einem Hydrauliksystem praktisch alle Vorgänge im Stromkreis (zumindest im Gleichstromkreis, bei Wechselgrößen wird's knifflig) erklären. Die Spannungsquelle kann z.B. eine Pumpe sein (reale Spannungsquelle z.B. eine Kreiselpumpe, die einen druckabhängigen Volumenstrom liefert, also quasi Spannungsquelle mit Innenwiderstand). Widerstand ist durch den Leitungsquerschnitt gegeben. Auch Induktivitäten lassen sich erklären, schließlich wissen viele (v.a. Feuerwehrleute), was passieren kann, wenn man einen größeren Volumenstrom in einer längeren Leitung schlagartig abzubremsen versucht... Kapazitäten lassen sich durch Druckbehälter modellieren. Das Schöne am Modell mit dem Hydrauliksystem ist, dass es eigentlich jedem einleuchtet, der ein kleines bisschen technisches Verständnis hat. Das Beispiel mit dem Wasserkraftwerk passt da sehr gut rein als "Sonderfall" des allgemeinen Hydrauliksystems. > Aber wie alle Modelle, hinkt es natürlich etwas. Ist aber in meiner Erfahrung eines der besten. Richtig hinken tut es erst dann, wenn man sich mit Wechselgrößen befassen will (was zumindest bei der Modellierung von Kapazitäten mit real existierenden Anordnungen zu gewissen Problemen führt).
Ich nehme auch gerne das Wasser-/Hydraulikmodell. Induktivitäten sind bei mir ein Wasserrad (Pumpe und Turbine) mit Schwungmasse. Ist finde ich einfacher als mit Massenträgheit zu arbeiten. Auch die Reflexion eines Signals bei falschem Abschlusswiderstand lässt sich mit Wasser in nem Kanal ganz anschaulich machen.
Interessant, dass jeder sich ein anschauliches Modell aus der "sichtbaren" Welt im Kopf erstellt. >> Ansonsten beleiben wir beim Wasserglas: >> "Und wenn nun ein Ion aus dem E-Feld Energie aufnimmt und beschleunigt >> wird, bleibt die Ladung im Kondensator gleich," > Nein, wenn es an dem > anderen Ende des Kondensators angekommen ist, wird es dort einen Teil > der Ladung neutralisierung und damit das E-Feld schwächen. Der Pegel ist > also gefallen. Das Ion muss natürlich nicht unbedingt auf die Kondensatorplatte prasseln. Beim Ionenantrieb werden Xenon-Ionen im E-Feld beschleunigt und durch ein Gitter aus dem Kondensator durchgelassen. Danach werden sie wieder mit Elektronen neutralisiert. Trotzdem entnimmt das Xenon-Ion dem E-Feld Energie, obwohl die Ladung gleich bleibt. Sie wird durch nichts übertragen, wenn man annimmt, dass die Kondensatorplatten einmal geladen und dann von der Stromquelle getrennt wurden. Das war für mich das werwirrende, dass trotz gleich bleibender Ladung die Energie eines E-Feldes variieren kann. Sie ist dann direkt proportional zur Spannung.
Moin, "Beim Ionenantrieb werden Xenon-Ionen im E-Feld beschleunigt und durch ein Gitter aus dem Kondensator durchgelassen." Und hinter diesem Gitter mit wieder mit einem Elektron neutralisiert. Andernfalls wäre der Gesamtimpuls des Treibwerkes null. Die Ladung im Kondensator nimmt ab, wenn sie nicht durch Energiezufuhr aufrecht gehalten wird. Meine Anschauung ist der Eifelturm: Die Spitze hat ein Potential; die Spannung ist das Integral über die Höhe = Geschwindigkeit mit der man auf dem Boden ankommt, wenn man runterspring. Bastler
Bastler wrote: > Moin, > "Beim Ionenantrieb werden Xenon-Ionen im E-Feld beschleunigt > und durch ein Gitter aus dem Kondensator durchgelassen." > Und hinter diesem Gitter mit wieder mit einem Elektron neutralisiert. > Andernfalls wäre der Gesamtimpuls des Treibwerkes null. > Die Ladung im Kondensator nimmt ab, wenn sie nicht durch Energiezufuhr > aufrecht gehalten wird. Wie kann die Ladung abnehmen wenn die Elementarladungen zwischen den Kondensatorplatten nicht ausgetauscht werden können?
Werden sie doch: Zuerst muss die pos. Platte ein Elektron aufnehmen, um das Xenon positiv zu ionisieren. Das Ion fliegt dann in Richtung des neg. geladenen Neutralisators (der die neg. Platte bildet) und wird dort von einem Elektron neutralisiert, ohne dabei seinen Impuls abzugeben. Ohne einen solchen Neutralisator (also mit bsp. einer Lochscheibe) wird das Ion zwar für einen Moment die neg. Platte passieren können, dann aber durch das äussere Feld wieder angezogen werden und schließlich doch auf der neg. Platte aufschlagen und sich da sein Elektron wieder holen*). Damit wäre der Gesamtimpuls des Triebwerks aber null und deshalb bracht man den speziellen Neutralisator, damit das ungeladene Xenonatom (im Flug neutralisiert) weiterfliegen kann. Somit hat der Kondensator an der pos. Seite ein Elektron aufgenommen und an der neg. Seite eines abgegeben. Wenn keine Spannungsquelle zum kompensieren da ist, hat sich der Kondensator entladen. *) Das wird passieren, es ist nur die Frage, wie weit sich das Ion von der neg. Seite entfernen wird, ehe es umkehrt und zurückfliegt. Das ist jetzt wenig anschaulich, aber es gibt leider nicht für jede Frage eine einfache Erklärung!
Das Gas wird VOR dem Eintritt in das beschleunigende E-Feld ionisiert und NACH diesem wieder neutralisiert. http://www.nasa.gov/centers/glenn/about/history/ipsworks.html http://sbir.gsfc.nasa.gov/SBIR/successes/images/7-020pic.jpg
Dann haben wir aneinander vorbei geredet: Ich habe deine Frage so verstanden, dass sich ein Ion von der positiven Platte löst und durch ein Loch in der neg. Platte für immer verschwindet. Das geht nicht. Ein Ion durch ein bestehendes Feld hindurchzuschießen bewirkt eine Verzerrung des Feldes im Kondensator (solange sich das Ion darin befindet), aber keine Änderung seiner Energie. Nachdem das Ion den Kondensator verlassen hat, wird es auch nicht rückwärts angezogen, da der Kondensator nach aussen hin ladungsneutral ist und kein Feld abstrahlt. War es das, was du gemeint hast?
Bastler wrote: > Dann haben wir aneinander vorbei geredet: Ich habe deine Frage so > verstanden, dass sich ein Ion von der positiven Platte löst und durch > ein Loch in der neg. Platte für immer verschwindet. Das geht nicht. > > Ein Ion durch ein bestehendes Feld hindurchzuschießen bewirkt eine > Verzerrung des Feldes im Kondensator (solange sich das Ion darin > befindet), aber keine Änderung seiner Energie. Nachdem das Ion den > Kondensator verlassen hat, wird es auch nicht rückwärts angezogen, da > der Kondensator nach aussen hin ladungsneutral ist und kein Feld > abstrahlt. > War es das, was du gemeint hast? Yep, und jetzt stellt sich mir die Frage, wie die Energie des Kondensator abfällt, wenn keine Ladungen fließen.
Meine Theorie: Der Kondesator selbst nimmt weder Energie auf noch gibt er welche ab. Das Elektron hat im elektrischen Feld eine potentielle Energie, ähnlich einem Stein auf einem Turm. Diese potentielle Energie wird im elektr. Feld in kinetische Energie umgewandelt (der Stein fällt runter). Analogie: Die Erde nimmt weder Energie auf noch gibt sie welche ab, wenn wir irgendwo raufklettern und runterspringen. Aber anstatt wie der Stein auf dem Boden aufzuschlagen, kann das Ion den Kondesator verlassen, so dass dieser keine Kraft mehr auf es ausübt. Um das Elektron wieder zurückzubringen müsste dieselbe Energie wieder aufgewendet werden. Energieerhaltung ist also erfüllt. Zurück zum Antrieb: Wenn jetzt noch der Neutralisator ins Spiel kommt, hat das Xenon kein Intersse mehr daran zur Sonde zurückzukehren und fliegt weiter.
Angehängte Dateien:
-
ion.png
12 KB
Du könntest teilweise recht haben. Wahrscheinlich wird die eigentliche Arbeit beim Ionisieren verrichtet. Ab dem Punkt der Ionisation hat das positive Ion ein Potential gegenüber dem Minuspol des Kondensators. Die frei gewordenen Ionen müssen auf die negativ geladene Platte gepumpt werden. Hoffentlich ist meine Idee verständlich. Ich habe noch eine Skizze erstellt. Vielleicht wird das dadurch deutlicher. Theoretisch müsste das dann ohne das positive Gitter funktionieren. Ich vermute, dass es zur Bündelung des E-Feldes dient, sodass möglichst alle Ionen - unabhängig vom Ort, wo sie ionisiert wurden - das volle Potential durchlaufen.
Nein, das ist nicht richtig.
Ob du Xenon ionisierst und das Ion dann auf 1km/sec beschleunigst oder
auf 10km/sec hat keine Auswirkung auf den Vorgang der Ionisation selbst.
Die Energie zum ionisieren eines Stoffes ist keine Funktion eines
äusseren elektrischen Feldes, sondern eine Konstante.
>>Ab dem Punkt der Ionisation hat das positive Ion ein Potential gegenüber >>dem
Minuspol des Kondensators.
Solange sich das positive Ion links der positiven Platte befindet, hat
es keine potentielle Energie, da der Kondensator nach aussen hin
ladungsneutral ist und das Feld zum Beschleunigen nur in seinem inneren
existiert.
Auf der positiven Platte liegt eine Spannung von etwa 1000V an. Das bedeutet, dass die Konzentration der Ionen in der Ionisierungskammer so hoch sein muss, dass sie dieses Potential überwinden müssen um in das beschleunigende E-Feld zu kommen. Erreicht die Spannung in der Ionisierungskammer 1000V, gleichen sich die Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen und dem positiven Gitter aus und die Ionen können durch das Gitter diffundieren. Ab da befinden sie sich in einem Potential von 1000V + dem Potential vom negativ geladenen Gitter.
>>Auf der positiven Platte liegt eine Spannung von etwa 1000V an. Im Verhälnis zur negativen Platte! Nicht aber zum Ionisator, das kann man auch machen, ist aber nicht sinnvoll. s.u. Angenommen, Beschleunigungskondensator und Teilchenerzeuger sind galvanisch getrennt und es existiert kein Feld zwischen ihnen, dann gilt mein Beitrag von 24.02.2008 11:55. Es werden nur Teilchen beschleunigt, die zufällig in das Feld im Innenraum kommen. Sie werden links der Anode nicht abgestoßen (da kein Feld im Aussenraum existiert). Wenn doch eine Spannungsquelle zwischen Beschleunigungskondensator und Teilchenerzeuger vorhanden ist: => http://pen.physik.uni-kl.de/medien/oscillo/images/wehnelt.gif Ob wir jetzt Elektronen oder Ionen betrachten ist für den Vorgang der Beschleunigung egal, solange die Spannungen die richtige Polarität haben. Deine Kondensatorplatten werden vom Wehneltzylinder und der Andode gebildet. Der Teilchenerzeuger ist hier die Kathode. >>Erreicht die Spannung in der Ionisierungskammer 1000V, gleichen sich die >>Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen und dem positiven Gitter aus und die Ionen >>können durch das Gitter diffundieren. Die Spannung zwischen Teilchenerzeuger und Wehneltzylinder ist einstellbar und betragsmäßig stets kleiner als die zwischen W.zylinder und Anode, sonst funktioniert das nicht.
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