Unterschiedliche Arten von elektr.Potential?
Hallo Community,
dieses mal wende ich mich an euch mit einer Thematik der Elektrotechnik. Im Rahmen meines Studiums habe ich natürlicherweise lernen müssen wie ein elektrisches Potential entsteht. Dies mag auf die Schnelle etwas simples sein, dennoch möchte ich dies, wie fast alles was mich interessiert, tiefer verstehen und zwar womöglich auf atomare Ebene und nicht einfach annehmen, dass es sich um viele Elektronen auf einer Seite und viele Protonen auf der anderen handelt. Dies möchte ich insbesondere anhand 3 Phänomenen vorstellen, bei denen ein elektrisches Potential herrscht.
1.Einfacheres Beispiel: Batterie.
Hierbei entsteht das Potential, weil durch chemische Reaktionen Elektronen freigegeben werden (An der Seite der Anode) und somit es mehr Elektronen da gibt als auf der anderen Seite (der Kathode)
Dann wollen diese freigegebene Elektronen Richtung Kathode fließen um eine Neutralität zu erzeugen.
Doch diese Elektronen sind frei beweglich.
2.Aufgeladener Kondensator
Wenn ein Kondensator beispielsweise von einer Batterie aufgeladen wird, dann haben sich auf einer Platte viele Elektronen gesammelt und auf der anderen viele Protonen(oder Elektronen Mangel) aufgrund des Ladungsunterschied zwischen Batterie Polen und Kondensatorplatten.
Sobald die Batterie abgeschlossen und der Kondensator an einen Verbraucher angeschlossen wird fließen die Elektronen von einer Platte zu anderer um wieder Neutralität zu erreichen.
Auch die Elektronen dieses Potentials sind frei beweglich.
3.Potentialbarriere in einer Diode an der NP Junction.
Da wandern die Elektronen der N Seite, die sich am nächsten der PN Bindung befinden, in den Löchern der P Seite, die sich genauso am nächsten der Bindung befinden, um dann eine Potential Barriere zu kreieren, die 0,7V entspricht.
Dennoch sind die Elektronen dieses Potentials dieses Mal nicht frei beweglich, weil nach Theorie sie nach dem Wandern schon rekombiniert sind. Das heißt, und ich weiß, dass dies nicht möglich bzw. praktisch wäre, aber nehmen wir an, wir wenden diesen Potentialinterschied als Energiequelle für einen Verbraucher, (und hier kommt der Grund, warum ich lange darüber denke und auch verstehen möchte),
Würde sich solches Potential nie wie beim Kondensator oder Batterie „abbauen“ ?
Hoffentlich habe ich mich gut genug ausgedrückt, um mein Anliegen und den Punkt, auf den ich hinaus will, zu vermitteln.
Danke im Voraus für jede Antwort.
2 Antworten
Zu 1.:
Du verwechselst Kathode und Anode. die Anode ist der positiv geladene Teil der Batterie (Dort wo ein Elektronenmangel (Elektronenlöcher) vorherrscht) und die negativ geladene Seite ist die Kathode (Dort wo ein Elektronenüberschuss vorherrscht). Die Elektronen wollen von der Kathode zur Anode fließen (physikalische Stromrichtung). In Stromlaufplänen wird allerdings immer mit Referenz zur technischen Stromlaufrichtung gezeichnet (es gilt die Prämisse, dass der Strom von plus nach minus fließt, obwohl es tatsächlich eigentlich genau anders herum ist).
Zu 3.:
Die 0,7V Diodenspannung entladen sich nicht, da die Elektronen durch die Protonen in der P-Schicht gehalten werden und von der N-Schicht abgestoßen werden, selbst wenn man beide Enden zum Beispiel kurzschließen würde.
Im pn Übergang entsteht eine Raumladung durch Diffusion. Die treibende Kraft ist hier das chemische Potenzial, NICHT ein vorhandenes elektrisches. Hier wird das anhand eines simplen Beispiels erläutert:
https://de.scribd.com/document/521615963/what-does-a-voltmeter-measure
Etwas detaillierter hier (siehe 3.2 und 3.3)
https://arxiv.org/pdf/1502.05697
Am Ende stehen im Falle des pn Übergangs beide Potenziale im Gleichgewicht. Das intrinsische Potenzial kann aber nicht gemessen werden, da jeder Kontakt mit einem Metall eine Shottky-Spannung aufbaut, die am Ende die Spannung über der Raumladung ausgleicht. Du kannst aus dem gleichen Grund die thermische Kontaktspannung bei einem Übergang zweier Metalle nicht messen, nur deren Differenz an beiden Enden des Voltmeters.