Spannung ladungstrennung?
Wird die Spannung größer, wenn man mehr Ladungen voneinander trennt? Oder je weiter man sie voneinander entfernt?
1 Antwort
Beides. Es gilt: Q = C*U (Eselsbrücke: "Kuh" = "Kuh), bzw. U = Q/C
Erhöhe ich die Ladung auf einem Plattenkondensator, wird U entsprechend größer. Entferne ich die Platten voneinander, wird C~1/d kleiner und somit auch die Spannung größer. Beim trennen wirkt man ja der Coulombkraft F=q*E entgegen und verrichtet somit Arbeit. Ob die Geometrie nun ein Plattenkondensator ist, oder einzelne Ladungsteilchen, die getrennt werden, ändert an den Prinzipien nichts.
Die Antwort darf nicht verwechselt werden mit dem Strom I = Q/t, der angibt, wie viel Ladung pro Zeit durch eine Leitung fließt. Die reine Anzahl an (fließenden) Ladungsträgern sagt im Allgemeinen nichts über die Spannung aus.
Die beiden Formeln (Q = C*U, Q = I*t) gelten immer - und stellen auch keinen Widerspruch dar. Ein Strom kann nur dann fließen, wenn ein Potentialunterschied vorhanden ist. In sofern hängen U und I natürlich voneinander ab. (bei einem Ohmschen Widerstand gilt ja: U = R*I, bei einem Kondensator wird der Blindwiderstand eingeführt)
Nein, das kann man so nicht sagen. (Wobei ich auch nicht das Gegenteil sagen möchte)
OK, gehen wir von einem geschlossenen Stromkreis aus, beispielsweise mit Batterien. Eine Batterie kann eine Bestimmte Ladung/Sekunde trennen, bzw. in ihrem Leben halt eine bestimmte Ladung. (bis sie leer ist)
Zwei Batterien können - logischerweise - das doppelte. Wenn du sie parallel schaltest, erhöht sich aber nicht die Spannung. - es kann lediglich ein größerer Strom fließen.
In Reihe würde sich die Spannung erhöhen - nutzbar ist dabei von der Anzahl aber nur die Ladungsmenge einer Batterie.
Die Spannung ist halt die potentielle elektrische Energie der Ladungsträger - ähnlich wie die Höhe einer Rutsche (mit Kugeln als Ladungsträgern) - und die Umformung in kinetische Energie: Du erhöhst die Rutsche/ Endgeschwindigkeit der Kugeln auch nicht dadurch, dass du mehr Kugeln runter rollen lässt. Trotzdem kannst du mit mehr Kugeln mehr bewegen.
Den Vergleich mit Geschwindigkeit darfst du aber nicht auf Elektronen übertragen, elektrische Energie ist keine kinetische Energie!
Das einzige, wo die Aussage stimmt, ist bei einem Kondensator - aber auch da würde ich Ursache-Wirkung anders beurteilen:
Um eine bestimmte Ladung auf einen Kondensator zu bringen, brauche ich eine bestimmte Spannung. Ich kann nicht einfach ein Elektron nach dem anderen mit einem winzigen Aufwand einsammeln und auf einer Oberfläche wieder frei lassen. Es wird mir immer schwerer fallen, zusätzliche Ladung auf die Oberflächen eines Kondensators zu bringen, weil der "Druck" stärker wird (sich die Ladung mehr drängeln muss und größere Abstoßungskräfte entstehen).
Ich meine in einer spannungsquelle muss die Spannung ja erstmal erzeugt werden. Und das geschieht ja durch ladungstrennung. Sind in der spannungsquelle Ladungen getrennt?
OK, also eine Spannungsquelle ist etwas Abstraktes - sie stellt getrennte Ladungsträger zur Verfügung, wie die Trennung jedoch geschieht, wird nicht betrachtet. Im Konkreten könnte das eine Solarzelle sein (Trennung durch Licht + Halbleiter), eine Batterie (chemisch), ein Generator (elektromechanisch), oder eben ein unendlich großer Kondensator...
Die Betrachtung nach "wie weit weg" - macht z.B. bei einer Batterie überhaupt keinen Sinn- da liegt die Spannung schlicht an den Materialien.
In der Spannungsquelle sind die Ladungen insofern getrennt, dass du am Minuspol eine Anzahl (n) Elektronen mehr findest, als am Pluspol. Wie viele das sind, hängt von der Geometrie (Kapazität des elektrischen Feldes) und der Spannung ab. Ansonsten würde ich fast sagen, dass erst beim Verbrauch neue nachgebildet werden. - möglicherweise jedoch eine etwas krumme Vorstellung.
Abgesehen von dieser (nahezu vernachlässigbaren) Kapazität, wäre die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger unerheblich für die Spannung.
Ok und wie ist das kn einer spannungsquelle? Hängt die Größe der Spannung dort davon ab wie viele Ladungen getrennt sind?
;-) Was meinst Du da genau?
In einer Spannungsquelle gibt es keine Anhäufungen von Ladungen. Es ist aber eine treibende Kraft da, die zu einem Stromfluß führt, wenn man den Kreis schließt.
Was ist kn?
Wenn man von einer idealen Spannungsquelle ausgeht, hat man eine bestimmte Spannung, die Ladung ist aber quasi unendlich. Das heißt wenn man einen Widerstand anlegt, fließt ein Strom (somit Ladung), aber die "Ladung" einer Spannungsquelle wird durch den Ladungsaustausch nicht weniger. Ist auch bei einem Handy-Ladegerät so: es liegen halt einfach die 5V an, ohne dass du dir über die Trennung Gedanken machst.
Nebenbei: ist nicht immer sinnvoll, sich alles gleich bis ins kleinste physikalisch vorstellen zu wollen. - sondern man muss abstrahieren. Deshalb denkt man bei einer Spannungsquelle nicht über die Anzahl der Ladung nach, sondern darüber welche potenzielle Energie (nicht Bewegungsenergie) hinter einem "Ladungsteilchen" steckt.- Genau das drückt die Angabe "Volt" aus.
Die Ladungsanzahl hängt dagegen mit der Stromstärke zusammen, bzw. spielt eine Rolle, wenn es um die gesamte Energie über einen Zeitraum geht (U*I*t).
Genau physikalisch ist es natürlich so, dass jede reale Anordnung von Drähten, etc... wieder eine Kapazität hat und sich somit bei einer bestimmten Spannung auch eine bestimmte Anzahl an Ladungsträgern "anhäufen" wird.
Warum ist die Anzahl unerheblich
Je mehr getrennt desto höher die Spannung oder nicht?