Phasenverschiebung Kondensator und Spule?
Hallo Zusammen,
es ist ja immer die Rede von Strom-Spannungs-Verschiebung. Dies ist ja aufgrund der Eigenschaften der Bauteile auch gut zu erkennen. Kondensator eilt Strom um 90Grad voraus und bei der Spule ist es 90Grad nach. Wir sprechen hier von idealen Bedienungen.
Jetzt suche ich das Ganze für Spannung. Wie sieht hier die Verschiebung aus? Nach meiner aktuellen Recherche würde ich sagen, dass die Spannung beim Kondensator nacheilt und bei der Spule vorauseilt. Immer bezogen auf eine reine Sinus-Spannung aus dem Netz. Aber wie ist die Erklärung dazu, technisch gesehen.
3 Antworten
Wem eilt der Strom nach oder voraus? Der Spannung. Nun hast es eh schon. Wenn der Strom voraus eilt dann kommt die Spannung nach . Aber da zuerst die Spannung anliegt und durch Spannung erst der Stromfluss angestoßen wird betrachtet man den Strom im Verhältnis zur Spannung und nicht umgekehrt
Beim Kondesatooor eilt der Strom vor,
bei der Induktivität kommt der Strom zu spät.
Jetzt suche ich das Ganze für Spannung.
Was aber keinen Sinn macht, denn die Spannung ist die Ursache dafür, dass als Wirkung ein Strom fließt. Die Ursache-Wirkung umzudrehen bringt kein sinnvollles Ergebnis. Es ist nur sinnvoll, die Ursache als gegeben anzunehmen und gemäß obigem Spruch die zeitliche Verschiebung der Wirkung zu betrachten.
in der Elektrotechnik ist es aber völlig unerheblich, ob man U an einer Komponente vorgibt und I bestimmt, oder umgekehrt.
Da geht auch mehr um die Praxis als um physikalisch reale Gegebenheiten, weshalb es den Elektrikern ja auch völlig egal ist, dass der Strom in Wirklichkeit von minus nach plus fließt.
Elektrotechnik ist aber ein praktisches Fach. Selbst akademisch ausgebildete Elektrotechniker interessieren sich nur marginal für Physik ;-)
Außerdem fließt der Strom nicht von Minus nach Plus, da ja die Ladungsträger im Metallen negativ sind.Wie ist Strom definiert? Ladung/Zeit in einer bestimmten Richtung. Wenn in einer vorgegebenen Richtung eine negative Menge durchgeht, ist I in dieser Richtung negativ. Ich kann dieses Argument schon nicht mehr hören...
Elektrotechnik ist aber ein praktisches Fach. Selbst akademisch ausgebildete Elektrotechniker interessieren sich nur marginal für Physik ;-)
Das ist auch in Ordnung, denn die Ergebnisse geben der entsprechenden Methodik ja recht. Auch als Elerktroniker ist es nur am Rande von Interesse und man sollte es mal gehört haben, warum nun tatsächlich eine Diode sperrt und was da an den Grenzschichten genau passiert oder gar welche Quantenefffekte dabei auftreten. Aber in der Praxis ist das völlig unerheblich, solange man die Bauteile zweckmäßig auswählen und sinnvoll einsetzen kann.
Wie ist Strom definiert? Ladung/Zeit in einer bestimmten Richtung.
Definieren kann man, was man will und was zielführend ist. Daher unterscheidet man ja auch zu Recht zwischen der technischen und der physikalischen Stromrichtung.
Die Elektronen fließen/bewegen sich von - nach +.
Der Strom des Elektrotechnikers, also das was in Ampere gemessen wird, fließt aber immer von + nach -. Damit hätte ich kein Problem.
Da hast du durchaus recht. Der Strom wird ja von der Spannung vorangetrieben. :-)
Nur habe ich etwas ältere Bücher durchgelesen und dort wird immer geschrieben, dass die Spannung zum Beispiel vom Kondensator nacheilt. Kann das eventuell mit dem Ladeverhalten zusammenhängen? Er brauch ja erst ein paar Ladungsträger um durchzulassen.
Nur habe ich etwas ältere Bücher durchgelesen und dort wird immer geschrieben, dass die Spannung zum Beispiel vom Kondensator nacheilt.
Wenn man nur die Graphen von I und U betrachtet, sieht das so aus.
Das ändert am physikalischen Prinzip von Ursache U und Wirkung I nichts. Dass zu Beginn des Ladevorganges der Spannungsabfall gegen 0 geht (aber nicht 0 ist!!), und der Strom seinen Maximalwert annimmt, liegt daran, dass sich der Innenwiderstand Ri des Kondensators mit der aufgeneommenen Ladung verändert.
Zu Beginn des Ladevorganges ist der Innenwiderstand Ri enorm klein, er geht gegen 0.
Gemäß des Spannungsabfalles U = R * I wird mit einem gegen 0 gehenden Ri automatisch auch U sehr klein. I kann dagegen aufgrund des Innenwiderrstandes der Spannungsquelle sowie des kapazitiven Widerstandes des Kondensators nicht beliebig groß werden und dies kompensieren.
Gegen Ende der Ladung geht dagegen Ri gegen unendlich und gemäß I = U/R wird I zu Null, da U ja durch die Spannungsquelle begrenzt ist und den unendlichen Ri nicht kompensieren kann.
Das würde ich nicht so an dritte große Glocke hängen, dass Strom immer n Resultat einer elektrischen Spannung ist...
mir fiel jetzt kein strom ein, der ohne spannung zurechtkommt
Also ich bin mir selbst noch nicht ganz im Klaren darüber.
Ist euch noch nicht vorgekommen, dass die Spannung von der Stromstärke abhängt?
U=R*I also die Spannung resultiert aus einer Stromstärke und einem Widerstand. (In diesem Fall)
Beispiel Spannungsteiler. Betrachten wir mal einen Widerstand. Die Spannung die sich einstellt resultiert aus dem Stromfluss und dem Widerstand selbst. Gut, jetzt könnte man sagen, der Strom der dafür verantwortlich ist, resultiert ja eben aus der Spannungsquelle. Aber man könnte genauso gut sagen, dass die Spannung nicht die Ursache sein kann, weil zuerst einmal ein Potenzial erzeugt werden muss. Z.B. ein chemisches....
Es gibt mehrere Ursachen für Strom, und wenn die elektrische Potentialdifferenz (Spannung) nicht die Ursache ist, dann resultiert die Spannung aus dem Stromfluss. Da denke ich besonders an die Lorenzkraft bzw. elektrische Induktion. Die Elektronen werden bewegt, ohne dass eine elektrische Spannung herrscht. Also muss hier doch die Spannung das Resultat des Stroms sein...
Bin für jede Kritik offen.
Beispiel Spannungsteiler. Betrachten wir mal einen Widerstand. Die Spannung die sich einstellt resultiert aus dem Stromfluss und dem Widerstand selbst.
Hier darf man den Rechenweg nicht mit der physikalischen Kausalitätskette verwechseln. Dass beom Spannunsgteiler Strom fließt, liegt an der angelegten Versorgungsspannung. Den Stromabfall an den einzelnen Widerständen kann man dann in der Tat über U = R * I berechnen. Der Stromabfall ist aber keine erzeugte Spannung, sondern wenn du so willst, eher eine vernichtete Spannung.
Es gibt mehrere Ursachen für Strom, und wenn die elektrische Potentialdifferenz (Spannung) nicht die Ursache ist, dann resultiert die Spannung aus dem Stromfluss. Da denke ich besonders an die Lorenzkraft bzw. elektrische Induktion.
Das ist ein gutes Argument und Gegenbeispiel.
Zunächst fällt mir ein Zitat von Harald Lesch ein:
"Ohne Energiepotential passiert nichts im Universum. Gibt es kein Energiepotenzial, gibts auch keine Physik, weil schlichtweg nichts passiert."
Bei deinem Beispiel müssen wir uns von Stromkreisen mit den diversen Arten von Widerständen lösen.
Wir haben es größer betrachtet mit Elektromagnetismus zu tun. Um Elektronen in einem Leiter zu verschieben (Supraleitung lassen wir mal weg) benötigen wir auf jeden Fall ein Potenzial. Dies muss aber in der Tat nicht unbedingt ein Spannungspotential sein, dies kann auch ein magnetisches Potenzial sein (siehe Lorenzkraft). Der Stromfluss ist aber dennoch immer die Wirkung eines Potenzials und kein Potenzial selber, das etwas bewegt. Bei einem Generator erzeugt das magnetische Potenzial zum einen den Stromfluss und zum anderen findet eine Potenzialwandlung vom magnetischen Potenzial zu einem Spannungspotenzial statt. Beides hat damit zu tun, dass das Magnetfeld die Elektronen verschiebt.
bei einer idealen Induktivität ohne Wirkwiderstand hat man U=0 und I=const.
Das ist das Prinzip von Schaltnetzteilen; natürlich nur innerhalb kleiner Zeiten, da man immer einen Widerstand hat.
Bei supraleitenden Spulen bleibt der Stromfluss aber über Tage und Wochen gleich, ohne eine Spannung zu haben. Hier ist R=0
Mal wieder seht interessant deine Antwort zu hören. Ich glaube wir hatten schon mal das Vergnügen.
Ok, ich sehe schon, das mit dem Spannungsteiler war kein gutes Beispiel.
"Ohne Energiepotential passiert nichts im Universum. Gibt es kein Energiepotenzial, gibts auch keine Physik, weil schlichtweg nichts passiert."
Geht es nicht vielmehr um Potentialdifferenzen? Für mich ist ein Potential noch kein Grund von einer Energie auszugehen. Wenn ich von einem 1000m hohen Berg einen Stein fallen lasse, und ich wissen will welche Engergie beim Aufprall frei wird, frage ich erstmal danach, wie tief der Stein fällt. 1m? 1000m? 2000m?
Dies muss aber in der Tat nicht unbedingt ein Spannungspotential sein...
Ja das meine ich.
Der Stromfluss ist aber dennoch immer die Wirkung eines Potenzials und kein Potenzial selber,...
Im Generator werden durch Magnetfeld und Drehmoment die Elektronen bewegt. Also erstmal bewegen sich die Elektronen bevor man von elektrischer Potentialdifferenz sprechen kann.
- Wasser auf dem Berg (hohes Potential) fließt den Berg hinunter (niedriges Potential)
- Eine Turbine wird vom Wasser in eine Drehbewegung versetzt. Also aus der mechanischen Strömung entsteht eine Drehbewegung. --> Drehmoment
- Aus dem Drehmoment und der magnetischen Potentialdifferenz werden die Ladungsträger bewegt. -- elektrischer Strom
- Spannung ergibt sich doch erst danach. Oder nicht?
Also meine Hausaufgabe ist es wohl heraus zu finden, was genau Potentiale sind, z.B. ob eine Drehbewegung auch ein Potential sein kann...
aber der strom, der durch die induktivität fließt, kommt doch auch iwo her (irgendeine andere spannungsquelle) das würde doch nur heißen, dass die induktivität keinerlei spannungsabfall erzeugt
Geht es nicht vielmehr um Potentialdifferenzen?
Der Begriff des Potentials wird sehr vielfältig verwendet und je nach Zusammenhang gibts da auch gewisse Unterschiede in der Bedeutung.
Zunächst mal ist der Unterschied zwischen einem Potential und einer Potentialdifferenz der zwichen einem absoluten und einem relativen Wert. Die Differenz zwischen zwei absoluten Potentialen ist die Potentialdifferenz.
Ganz allgemein ist ein Potential die "Fähigkeit zur Entwicklung noch nicht ausgeschöpfter Möglichkeiten."
In der klassischen Physik ist ein Potential "die Fähigkeit eines konservativen Kraftfeldes, eine Arbeit zu verrichten."
Da ja das Sein das Bewusstsein bestimmt und ich gelernter Thermodynamiker bin, hat alles, was ich betrachte, hat alles seinen Ursprung und seine Erklärung in Energie und Entropie. Der Begriff Energiepotential bezeichnet dabei ganz allgemein einen Energieunterschied zwischen zwei Systemen, sodass Energie fließen und etwas bewirken kann bzw. Energie in Entropie gewandelt werden kann und dadurch etwas bewirkt wird.
Wenn ich von einem 1000m hohen Berg einen Stein fallen lasse, und ich wissen will welche Engergie beim Aufprall frei wird, frage ich erstmal danach, wie tief der Stein fällt. 1m? 1000m? 2000m?
Hier ist die Potentialdifferenz nichts anderes als die Differenz zwischen zwei absoluten Potentialen, wobei der Nullpunkt des Gravitationsfeldes in unendlicher Entfernung von der Erde liegt. Klingt Paradox, ist aber aus praktischen bzw. definitorischen Gründen so. Dafür ist das Gravitationspotential in endlicher Entfernung negativ.
Im Generator werden durch Magnetfeld und Drehmoment die Elektronen bewegt.
Halbe. Ein Drehmoment hat noch nie ein Elektron bewegt. Das schafft nur ein Spannung- oder megnetisches Potential.
Eine Turbine wird vom Wasser in eine Drehbewegung versetzt. Also aus der mechanischen Strömung entsteht eine Drehbewegung. --> Drehmoment
Da muss man zwischen dem Potential und der Arbeit, die das Potential leistet unterscheiden. Das Potential ist der Höhenunterschied. Die Beschleunigung des Wassers ist die Arbei, die das Potential am Wasser leistet. Die kinetische Energie des Wassers wird als Arbeit auf das Turbinenrad übertragen, wodurch dieses dreht.
Die Turbinenwelle leistet dann Arbeit an der Generatorwelle und das Drehmoment dreht den Rotor gegen das Magnetfeld des Stators, wodurch ein magnetisches Potential aufgebaut wird, das dann über die Lorenzkarft auf die Elektronen wirkt. Die werden verschoben und durch die Ungleichmäßigkeit der Ladungsverteilung wird ein Spannungspotenzial erzeugt.
Kondensator eilt Strom um 90Grad voraus und bei der Spule ist es 90Grad nach.
Wem eilt der Strom voraus? Der Spannung.
Eilt der Strom der Spannung voraus, eilt die Spannung dem Strom nach.
Klingt logisch, ob man das so sagen kann weiß ich nicht 100%ig...
>Was aber keinen Sinn macht, denn die Spannung ist die Ursache dafür, dass als Wirkung ein Strom fließt. Die Ursache-Wirkung umzudrehen bringt kein sinnvollles Ergebnis.
Aus rein physikalischer Sicht mag das schon stimmen, in der Elektrotechnik ist es aber völlig unerheblich, ob man U an einer Komponente vorgibt und I bestimmt, oder umgekehrt. Bei Zeigerdiagrammen gibt es immer eine Referenz; das kann U oder I sein. In Bezug zu dieser Referenz haben die anderen größen dann eine Vor- bzw- Nacheilung.
Die Aussagen:
sind da 100% äquivalent zueinander.