Hi,
nehmen wir an Ladungsträger durchfließen auf ihrem Weg von Anode zu
Kathode einen gewendelten Draht, wie bei einer Glühlampe, was passiert
dann genau in dem Draht. Fließen ALLE Ladungsträger zur Kathode oder
gehen manche davon "verloren"? Beinhaltet der Ladungsträger Energie?
Wenn ja wieviel geht in dem Draht in die
Strahlungsenergie/Wärmeenergie/andere über? Was passiert mit der
restlichen Energie im Ladungsträger? Woher bekommt er die
"verlorene"/umgewandelte.
LG Maike
Die Elektronen aus der Spannungsquelle fließen vom - zum + Pol, dabei
durchqueren sie den Widerstand, der Atome und in derem Innerem Protonen
und Neutronen enthält. Diese bremsen die Elektronen auf ihrem Weg, auf
Grund der verschiedenen Ladungen, ab. Wie bei Autobremsen muss die
Energie der Elektronen umgewandelt werden, was meistens Wärme ist. Der
Widerstand begrenzt die Anzahl der Elektronen (Strom) bei einer
bestimmten Geschwindigkeit (Spannung). Ebenfalls andersherrum.
>Aber die Frage ist immer noch nicht geklärt :(
Welche denn, du hast ja mehrere gestellt.
Da das quantenmechanische Stoßgesetze sind, die den Stromtransport
regeln, sollte man sich vor allzu anschaulichen Erklärungsversuchen
hüten.
Ladungsträger gehen nach dem Ladungserhaltungssatz jedenfalls nicht
verloren.
Wenn das ein ohmscher Leiter ist, durch den deine Ladungsträger
"fließen", solltest du mal nach dem "Ohmschen Gesetz" gurgeln.
Maike schrieb:> Fließen ALLE Ladungsträger zur Kathode oder> gehen manche davon "verloren"?
Was bedeutet bei dir ALLE. Alle Ladungsträger fließen sicher nicht, da
sie sich gar nicht bewegen wollen. Diejenigen, die sich vom einen zum
anderen Quellenpol bewegen wollen, tun dies mit einer bestimmten
Geschwindigkeit, die von der Spannung ( dem Potentialgefälle zwischen
den Polen ) und den auftretenden Stoßprozessen abhängt ( elektrischer
Widerstand ). Dabei bewegen sich nicht nur Elektronen, die aus der
Quelle herauskommen, sondern auch Ladungsträger im Draht. Die
Ladungsträger gehen dabei nicht verloren. Die Lagunsträger werden bei
Stoßprozessen abgebremst und geben dabei Energie in Form von Wärme
(thermisch) oder Licht (elektromagnetisch) ab. Die dort freigesetzte
Energie muss der Quelle hinzugefügt werden bzw. die Ladungsträger müssen
dauerhaft beschleunigt werden, sodass sie sich ständig mit einer
konstanten Driftgeschwindigkeit bewegen.
Maike schrieb:> Beinhaltet der Ladungsträger Energie?> Wenn ja wieviel geht in dem Draht in die> Strahlungsenergie/Wärmeenergie/andere über?
Der Ladungsträger beinhaltet Energie, wenn er sich in einem elektrischen
Feld befindet. Dies ist bei anliegender Spannung der Fall. Dabei bewegt
sich der Ladungsträger entlang eines Potentialgefälles und gibt dabei
Energie ab. Wieviel Energie abgegeben wird hängt davon ab, wie schnell
der Ladungsträger sich bewegt und wie groß das Gefälle ist. Diese beiden
Informationen stecken in dem elektrischen Widerstand und der Spannung.
Die genauen Herleitungen kannst du googlen. (ohmsches Gesetz)
Maike schrieb:> Beinhaltet der Ladungsträger Energie?
Ich würde mal sagen nein, er enthält zunächst mal nur Ladung, wenn er
beschleunigt wird nimmt er Energie auf wird er abgebremst gibt er
energie ab. Aber ich bin kein ausgebildeter Physiker könnte also daneben
liegen. Mir ist aber aufgefallen, daß man zur besseren Vorstellung bei
solchen Problemen mit "hydraulischen Ersatzschaltbildern recht weit
kommt.
Da hätten wir eine Pumpe (Spannungsquelle) eine Turbine(Glühdraht) und
Wasser was im Kreis gepumpt wird. Hat das Wasser dabei Energie?
irgendwie ja aber nicht in dem Sinne das Wasser verloren ginge sondern
es ist eben das Trägermedium.
Gruß Milan
Die Energie steckt keineswegs in den Ladungsträgern. Der
Energietransport findet auch nicht über diese statt.
Die Energie steckt im Feld!
Beweis:
Man nehme einen Draht der Länge L und lasse in diesem einen konstanten
Gleichstrom I fliessen. Die Elektronen werden eine gewisse
Driftgeschwindigkeit v haben.
Jetzt wird der selbe Draht zu einer Spule (ohne Kern) gewickelt und man
lässt wieder den gleichen Strom I fliessen. Die Elektronen werden die
selbe Driftgeschwindigkeit v haben wie zuvor, als der Draht noch gerade
war.
Jetzt haben wir jedoch eine grössere Energiemenge als zuvor, da sich
die Induktivität beim Wickeln vergrössert hat (und der Strom ja immer
noch der selbe ist).
Alles was im Inneren des Drahtes passiert, generiert lediglich Verluste.
Der Energietransport findet ausserhalb des leitfähigen Materials statt.
Maike schrieb:> Beinhaltet der Ladungsträger Energie?> Wenn ja wieviel geht in dem Draht in die> Strahlungsenergie/Wärmeenergie/andere über? Was passiert mit der> restlichen Energie im Ladungsträger? Woher bekommt er die> "verlorene"/umgewandelte.
Wenn wir reale Vorgänge betrachten, bedienen wir uns für deren Erklärung
meist Modellvorstellungen. Diese Modelle unterliegen bestimmten
Randbedingungen. Wir sollten also beachten, dass verletzten wir diese
Randbedingungen, die Modelle nicht mehr uneingeschränkt gültig sind.
Zu deiner Fragestellung ein Modellvorschlag von mir:
Die Energie ist eine mengenartige physikalische Zustandsgröße. Sie kann
fließen und ihr Fließmaß ist der Energiestrom (auch Energiefluss oder
Energiestromstärke). Dabei fließt die Energie nie allein, sondern
benötigt immer einen Energieträger. An jeden Energieträger ist ein
Potential gekoppelt. Nun ganz konkret zu deiner Frage.
Der Energieträger der elektrischen Energie ist die elektrische Ladung.
Der Trägerstrom ist der elektrische Strom. Die elektrische Ladung ist
immer an das elektrische Potential gekoppelt bzw. an die
Potentialdifferenz, also die elektrische Spannung. In einem
geschlossenen System (geschlossener Stromkreis) kann keine Energie
verloren gehen, d.h. sie kann nur in diesem System gespeichert werden
(induktiv oder kapazitiv) oder in andere Energieformen gewandelt werden.
Die Wandlungsprozesse betreffen u.a. die Wärmeenergie (resistiv) oder
die Strahlungsenergie (radiativ).
Noch Fragen?
ThirdOctaveBand schrieb:> Die Energie steckt keineswegs in den Ladungsträgern. Der> Energietransport findet auch nicht über diese statt.>> Die Energie steckt im Feld!>> Beweis:> Man nehme einen Draht der Länge L und lasse in diesem einen konstanten> Gleichstrom I fliessen. Die Elektronen werden eine gewisse> Driftgeschwindigkeit v haben.>> Jetzt wird der selbe Draht zu einer Spule (ohne Kern) gewickelt und man> lässt wieder den gleichen Strom I fliessen. Die Elektronen werden die> selbe Driftgeschwindigkeit v haben wie zuvor, als der Draht noch gerade> war.> Jetzt haben wir jedoch eine grössere Energiemenge als zuvor, da sich> die Induktivität beim Wickeln vergrössert hat (und der Strom ja immer> noch der selbe ist).>> Alles was im Inneren des Drahtes passiert, generiert lediglich Verluste.> Der Energietransport findet ausserhalb des leitfähigen Materials statt.
So ohne weiteres kann man das nicht sagen. Das Wiedemann-Franz-Gesetz
sagt klar aus, dass Wärmeleitung und elektrische Leitfähigkeit eng
miteinander verknüpft sind. Also transportieren Elektronen einen großen
Teil der Wärme, die ja auch eine Energieform darstellt.
Mit deinem Spulenbeispiel hast du natürlich auch recht. Lässt sich also
nicht ganz so leicht klären.
Nun zu den aufgekommenen Fragen:
Die Ladungsträger besitzen durchaus kinetische Energie. Wenn
Ladungsträger an Gitterschwingungen stoßen, geben sie Energie an das
Gitter des Metalls ab, was dann stärker/anders schwingt. Die
Ladungsträger verlieren dabei an Energie, weshalb der Stromfluss auch
gehemmt ist. Der Draht in seiner kristallinen Form nimmt dann die
Energie auf und gibt sie in Form von Wärme ab.
Die korrekte Beschreibung des Stromflusses erfordert aber zwingend
Kenntnisse über Quantenmechanik. Stichwort zum googlen wäre
Boltzmann-Gleichung.
Vielleicht solltest du sagen, welche Vorbildung du hast, damit man
vielleicht mit einem anderen Modell besser argumentieren kann.
Martin W. schrieb:> Also transportieren Elektronen einen großen> Teil der Wärme, die ja auch eine Energieform darstellt.
Und was hat das mit elektrischer Energie zu tun?
Das hier
> Alles was im Inneren des Drahtes passiert, generiert lediglich Verluste.> Der Energietransport findet ausserhalb des leitfähigen Materials statt.
ist natürlich aus elektromagnetischer Sicht zu sehen. Dass das thermisch
nicht gilt ist klar...
Aber es gilt elektromagnetisch.
Martin W. schrieb:> Vielleicht solltest du sagen, welche Vorbildung du hast, damit man> vielleicht mit einem anderen Modell besser argumentieren kann.
Ich? Oder der TO?
