Was ist ein Potential? (physik )
Hallo ,
ich hab ne frage , wir haben grad das thema elektrizität in der schule. Meine Frage was ist ein Potetial und eine Potentialdiffernz ?
Wie kann man die Potentialdiffernez berechnen ?
Im internet hab ich nicht so viel gefunden.Und bei Wikipedia verstehe ichd as nicht.
Danke :) Lg Katjane
6 Antworten
Hallo,
meine Vorredner haben vieles schon erwähnt. Trotzdem will ich nochmal einiges betonen:
Um den Begriff des Potentials zu verstehen, sollte man erstmal schauen, was Energie überhaupt ist. Da Du Dich mit der physikalischen Definition offensichtlich schwer tust, versuche ich es mal etwas anders zu erklären: Energie hat zu tun mit der Möglichkeit eines Gegenstands an alle möglichen Orte zu gelangen. Hat ein Gegenstand keine Energie ist er in seiner Freiheit eingeschränkt. Wenn man nun dem Gegenstand eine Geschwindigkeit gibt, kann der Gegenstand theoretisch schon zu mehr Orten "reisen". Diese Energie nennt man kinetische Energie (korrekt: kinetische Energie ist die Energie die man aufwenden muss, um einen Gegenstand gegen das Trägheitskraftfeld zu beschleunigen und auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu bringen).
Jetzt gibt es aber nicht nur die kinetische Energie (=eigene Geschwindigkeitsenergie), sondern auch Orte im Raum, zu denen der Gegenstand nicht so ohne weiteres "reisen" kann. In etwa ist das vergleichbar mit einem Ball, der einen Berg hochgerollt werden soll. Hat er zu wenig Energie, schafft er es nicht auf die Bergspitze. Diese Orte im Raum, haben dann ein hohes Potential. Andere Orte kann man vergleichen mit einem Tal, in das der Ball "gerne" hineinrollt. Diese Orte haben ein besonders niedriges Potential. Die Potentialdifferenz ist generell häufig noch wichtiger als das Potential selbst, weil man ausrechnen will, wie viel Energie ein Gegenstand benötigt, um zum Beispiel von 50m über dem Meeresspiegel zu einem Punkt von 300m über dem Meeresspiegel zu kommen. Der Grund für das Benötigen von Energie ist in dem Beispiel mit dem Ball die Gravitationskraft. Jetzt verhalten sich Gegenstände aber nicht nur bezüglich der Gravitation so, sondern mit jeder Kraft, auch mit der elektromagnetischen Kraft. Und was die Höhe über Normalnull in der Gravitation war, ist nun in der E-Lehre das elektrische Potential. Die Potentialdifferenz hat in der E-Lehre auch einen eigenen Namen und wird Spannung genannt.
Zur Frage, wie man nun die Potentialdifferenz berechnet:
Ein Gegenstand mit positiver Ladung befindet sich auf einem Potential von -50V. Er soll nun auf ein Potential von 100V gebracht werden. Welche Spannung liegt zwischen den beiden Potentialen? Das löst man einfach mit der Differenz zwischen den beiden Potentialen
=> U = 100V - (-50V) = 150V
VG
Die Potentialdifferenz von 2 Punkten im Raum ist die Spannung U, die zwischen diesen Punkten herrscht. Das heisst, wenn man eine Ladung q vom Punkt A zum Punkt B bewegt, wird die Arbeit W=qU verrichtet. Das Potential ist so definiert, und sein Wert hängt davon ab, an welchem Punkt man es als 0 vorgibt. Auf einem idealen Leiter ist überall das gleiche Potential, das macht den Begriff interessant (Äquipotentialflächen...). Die Potentialdifferenz der Pole einer AA-Batterie beträgt z.B. 1.5 V.
Das ist wie bei der Gewichtskraft, wenn Du der Tischplatte die Höhe "0m" zuordnest. Dann ist die Höhe "1m" entsprechend weiter oben. Um eine Masse von 0m auf 1m zu heben, braucht es Arbeit, die von der Höhendifferenz abhängt, nicht von Deiner Wahl des Nullpunktes. (Genaugenommen ist auf der Höhe 1m das Potential der Schwerkraft 9.81J/kg, d.h. Du verrichtest 9.81 J Arbeit, wenn Du 1 kg von der Tischplatte 1m höher hebst.)
Potentiale stellen in gewisser Weise bestimmte Mengen von Energie (seien es z.B. thermische Energie, Lageenergie, chemische Energie, kinetische Energie oder elektromagnetische Felder) dar. Etwas mit hohem Potential besitzt viel Energie - ein geringes Potential bedeutet wenig Energie. Das trifft somit grundsätzlich auf viele Bereich der Physik zu. Zum einen können damit eben elektrische Felder/Ströme gemeint sein, wodurch auch die Richtung festgelegt ist, in die der Strom fließt, zum anderen aber z.B. auch die Anziehungskräft zwischen Planeten. Ein Planet mit hoher Masse hätte dabei ein höheren (Schwerkraft-)Potential als ein Planet kleinerer Masse.
Du verwechselst das Potential mit der Potentiellen Energie. Das Potential z.B Gravitationsfeld der Sonne hängt nur vom Ort ab, die Potentielle Energie auch von der Masse des Planeten.
In der Elektrizitätslehre ist ein Potential, eine lokale Ladaungsträger (z.B. Elektronen oder Löcher) Konzentration. Es ist also dadurch bestimmt wieviele z.B. Elektronen an der Stelle dessen Potential man betrachten möchte vorhanden ist. Für die Potentialdifferenz muss man also die Ladungsträgerkonzentration an zwei Orten vergleichen. Der Unterschiend der lökalen Ladungsträgerkonzentration gibt dann die Potentialdifferenz, die man auch Spannung U nennt. die Potentialdifferenz ist die Ursache wieso es zu einem Stromfluß (Änderung der Ladunsträger Anzahl bzw Ladung pro Zeit) zwischen diesen Orten kommt, wenn man sie elektrisch verbindet. Mit Vorsicht kann man sich das ganze vorstellen wie zwei Wasserglässer die mit unterschiedlich viel Wasser gefüllt sind und dann auf höhe ihrer unterseite mit einem Schlauch verbunden werden. Wasser fließt dann vom Glas mit dem höhen Potential (mehr Wasser) in das andere, solange bis in beiden die gleiche Füllhöhe erreicht ist, also das gleiche Potential herrscht!
Hi ein Potential ist einfach erklärt soetwas wie ein Höhenunterschied. wenn du an einen Staudamm denkst hat der ja einen gewissen Wasserstand. Und das Wasser versucht immer auszubrechen und sich auf die niedrigste Höhe zu begeben. Genau so ist es mit der Elektrizität nur das du dort als "Höhe" die Spannung hast.
Gutes Beispiel. Aber die Höhe ist nicht die Spannung, sondern das Potential. Der Höhenunterschied ließe sich mit der Spannung identifizieren.