Spannung = Energiedichte?
Moin,
ist elektrische Spannung = Energiedichte? Habe nämlich folgendes gefunden:
"Energiedichte bezeichnet in der Physik die Verteilung von Energie E auf eine bestimmte Größe X"
Wenn [U] = Joule/Coulomb bedeutet das doch, dass "Energie" auf Ladung runtergerechnet wird. Ich verlege nämlich gerade ein Kabel und dachte mir, wenn der Draht 1m dick wäre, wären ja so viele Elektronen im Kabel, dass der Quotient Joule/Coulomb ganz klein wäre, selbst bei einer hochenergetischen Energiequelle, oder irre ich mich da?
Danke
4 Antworten
Strenggenommen ist die elektrostatische Arbeit das Integral der Spannung über die Ladung. Analog wie die mechanische Arbeit sich aus dem Integral der Kraft über die Strecke zusammensetzt.
Deswegen gilt E = U*q nur für den Fall, wenn Spannung nicht von der Ladung abhängt.
Des Weiteren steht bei jeder Dichte stets eine Distanz im Nenner (sei es eine 2-D-Fläche oder ein 3-D-Volumen). Demnach ist die Bezeichnung mit der Dichte nicht korrekt, wenn da keine Längeneinheit im Nenner steht.
Eine Energiedichte wäre z. B. J/m^3.
Wie gesagt, es muss nicht unbedingt Volumen sein. Es kann auch eine Fläche oder gar eine Strecke sein. Wichtig ist, dass da örtlicher Raum (also Meter) enthalten ist.
Ich vermute, dass es es so ist, weil sich der Ort (auf den man normiert) in der klassischen Physik statisch bleibt. Und man braucht eine statische Größe im Nenner, um eine Dichte zu bestimmen. Die Ladung ist zum Beispiel nicht statisch. Sie ändert sich und kann jeder Zeit vom einen Ort zum nächsten wandern. Der Ort selbst ist aber in der klassischen Physik fix.
Und wenn sich die Strecke/Raum auch ändert und nicht konstant bleibt? Das alles klingt für mich nach Ameisen tätowieren. Ich finde meine Idee gar nicht mal soo schlecht xD
Ist sie auch nicht. Nur dafür musst du einen fixen Ladungsmaß definieren. Ein Beispiel dafür ist die Einheit Elektronenvolt (eV): Hier wird eine Energie auf die Elementarladung e normiert. Dies bezeichnet aber niemand als Energiedichte, sondern als Energie in eV.
Nein. Spannung ist eine Potentialdifferenz. Für Energie gehört zum Potential noch eine Objekteigenschaft, zB Masse oder, in diesem Fall, Ladung.
Ein typisches Beispiel für Energiedichte ist hydrostatischer Druck.
Das verstehe ich nicht ganz. Die Einheit von U ist doch Joule je Coulomb. Wenn irgendwo viel Energie ist und woanders weniger würde doch die Differenz (ähnlich wie bei der Wärme) migrieren, damit die Energieniveaus ausgeglichen werden. Wenn ich Fieber habe und meine Partnerin friert, dann übertrage ich ja auch Energie an sie wenn wir kuscheln. Im Endeffekt wird doch Arbeit verrichtet. Und das ganze auf Ladungsmengen dividiert ergibt die Spannung. Ist das falsch?
Joule je Coulomb
genau, also Energie pro Ladung. Das ist elektrisches Potential. Für eine Energiedichte braucht man aber Energie pro Länge, pro Fläche, oder pro Volumen.
Nein. Joule pro Colomb ist keine Energiedichte, Joule pro m3 wäre sowas. Würdest du im Gravitationsfeld die potenzielle Energie pro kg,
g*h
als Energiedichte bezeichnen?
Nein Spannung ist die Differenz zwischen 2 Potionalen und beschreibt das Potential das duch den Leiter an Elektronen fließen kann.
Dichte=M/V
Danke dir. Bin aber noch nicht ganz zufrieden. Das mit den Volumen im Nenner steht zwar in DIN 5485, aber ich kann nicht verstehen, warum ich nicht auch Ladung im Nenner haben kann...