Vorstellen von Spannung
In Physik besprechen wir gerade das Thema Stromstärke und Spannung, aber wie kann ich mir Spannung vorstellen. Es ist ja der Ladungsunterschied beider Pole, doch doch die Anzahl an positiven Ladungsträgern kann sich nicht verändern. Das bedeutet doch, dass die Spannung erhöht wird wenn sich mehr Elektronen im Kabel befinden, oder? Und diese wollen dann zum +Pol, was das Strömen ermöglicht.
3 Antworten
Im Wortsinne so wie die Spannung einer Feder - je mehr sie gespannt wird, desto mehr Energie steckt drin, die dann auch wieder freigesetzt werden kann.
Hilfreicher finde ich aber bei Strömen das Wasserbild, also das eines fließenden Wasserstroms. Bei Spannungen passt da die Vorstellung eines Wasserfalls, oder allgemein einer gewissen Höhendifferenz.
Da kann man zahlreiche Analogien bilden: Die Parallelschaltung sind dann zwei Wasserfälle, nebeneinander, über die nur jeweils ein Teil des Wassers fließt - der Abfall der Gesamthöhe (Spannung) bleibt aber gleich. Die serielle Schaltung sind dann zwei Wasserfall-Stufen, hier fließt der gesamte Strom durch, aber in zwei kleineren Spannungsabfällen.
Höhere Spannung ist in diesem Bild ein stärkeres Gefälle, durch das der Strom fließt. Ein Verbraucher ist z.B. ein Mühlrad, das angetrieben wird usw.
Ja, die Trennung elektrischer Ladungen ist die Ursache für das Auftreten der Quellenspannung.
Wie wenn Du mit einem Glas Wasser aus einer Wanne schöpfst und das Glas hochhältst: Du leistest Arbeit (gegen das Gravitationsfeld) und dadurch hat das Wasser im Glas potentielle Energie, die wieder freigesetzt werden kann. Mehr Wasser im Glas führt zu mehr potentieller Energie.
Übersetzt in die Elektronenwelt schöpfst Du aus einem neutralen Körper Elektronen ab, diese wechselwirken mit ihren Löchern über ein elektrisches Feld (anziehend) und Du musst Arbeit leisten, um es zu überwinden. Die Elektronen haben nun potentielle Energie. Mehr Elektronen trennen führt zu mehr potentieller Energie.
Da passt dann auch schon wieder der Begriff Spannung im Sinne einer Feder gut: Als wären die Elektronen über eine Feder mit dem ursprünglich neutralen Körper verbunden, will dieser sie wieder zurückziehen. Dieser Zustand ist "Spannung".
Stelle Dir vor, mit einer Wasserpumpe wird Wasser im Kreis herum gepumpt. Der Wasserdruck entspricht der elektrischen Spannung. Die Wasserströmung entspricht der elektrischen Stromstärke. Das Wasser entspricht den Elektronen, und das Wasserrohr entspricht der Wasserleitung. Das Wasser kann seine Leitung (und Pumpe) nicht verlassen. Wenn man ein Durchlassventil schließt, kommt der Wasserfluss zum stehen, der Druck bleibt (solange die Pumpe läuft). Wenn wir den Stromkreis unterbrechen (z.B. durch einen Schalter), bleibt die Spannung, die Stromstärke ist null.
Beim elektrischen Stromkreis werden die negativen Elektronen (oder andere Ladungsträger, Ionen) durch eine Stromquelle (z.B. Batterie, Generator) "angeschoben". Die können nicht mehr oder weniger werden, im Leiter befinden sich immer gleich viel Elektronen, die können ja den Leiter nicht verlassen. Am Minuspol stauen sich (bei elektrischer Spannung) die negativen Elektronen etwas (aber ganz minimal!), am Pluspol sind sie etwas "ausgedünnt". Das wird durch den Elektronenstrom von minus nach plus ständig ausgeglichen.
Ganz grob so:
mehr Strom -> mehr Elektronen im Kabel
mehr Spannung -> mehr Arbeit/Energie, um die Elektronen durch das Kabel zu schieben
Unsinn! Mit der Stromstärke vermehren sich doch nicht die Elektronen! Die Bewegung der vorhandenen Elektronen wird verstärkt.
Sorry, ungenau formuliert. Der Elektronendurchfluss wird mehr.
Sehr vielen Dank für deine Antwort,
Zusammengefasst: Je höher der Elektronenüberschuss am -Pol und der Elektronenmangel am +Pol, desto höher ist auch die Spannung?