Wie funktioniert eine einpolige Spannungsquelle?
Wo wird diese Quelle eingesetzt? Hat jemand einige Beispielschaltungen, die ich simulieren kann? Ich möchte bitte eine einfache Erklärung bekommen!
5 Antworten
Eine einpolige Spannungsquelle gibt's nicht, definitionsgemäß ist eine Spannung immer nur zw. (mindestens) zwei Punkten möglich, mit verschiedener Ladung. Wie anderswo schon erwähnt kann in Schaltbildern vereinfachend der zweite Punkt (Masse, Minus meist) weggelassen werden. Real besteht zumindest ein Spannungsgefälle zwischen einer Spannungsquelle und "Erde", denn die Spannungsquelle mit scheinbar nur einem Pol ist letztlich doch mit "Erde" verbunden.
Genau genommen ist eine Spannung sogar nur über einen Weg möglich. Die zwei Punkte sprich Endpunkte der Kurve sind nur in manchen Fällen als vereinfachung zulässig.
In der Realität ist der Weg eben der Draht selbst.
Eine Spannung ist per Definition eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.
Eine einpolie Spannungsquelle wäre wie eine Wurst die nur ein Ende hat.
Eine Spannungsangabe kann man sich vorstellen wie eine Länge. Ist etwas einen Meter lang, dann ist diese Länge zwischen zwei Punkten gemessen.
In der Autoindustrie wird die Masse, also Minus oft nicht mitgezählt. Der "1-wire bus" hat nur einen Draht über den kommuniziert wird, der Stromkreis um die Signale über den einen Draht zu schicken wird "heimlich" über die Karosserie wieder zurück geleitet um den Stromkreis zu schließen.
Überall wo eine Spannung angegeben ist aber nicht definiert ist auf welches Grundpotential sich diese Spannung bezieht ist der "zweite Pol" die Masse oder die Erde.
Das selbe hat man auch in der Geographie. Auch hier haben Höhenangaben ekinen angegebenen Bezug. Hier wird immer automatisch die "Höhe über Normal Null", also die Meereshöhe verwendet.
Die Länge eines Weges wird immer durch den Abstand durch zwei Punkte definiert. Es gibt mathematisch keinen Weg ohne zwei Punkte zu definieren!
https://www.fluke.com/de-de/mehr-erfahren/blog/elektrik/was-versteht-man-unter-dem-begriff-spannung
Was versteht man unter dem Begriff "Potenzialdifferenz"?
Die Begriffe "Spannung" und "Potenzialdifferenz" hängen ganz eng zusammen. Die Potenzialdifferenz lässt sich beschreiben als die Differenz der potenziellen Energie zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis. Der Betrag des Unterschieds (in Volt ausgedrückt) bestimmt, wie viel potenzielle Energie vorhanden ist, um Elektronen von einem bestimmten Punkt zu einem anderen zu bewegen. Die Größe des Werts gibt an, wie viel Arbeit möglicherweise durch den Stromkreis geleistet werden kann.
Nein die Länge eines Weges wird durch mehr als 2 Punkte bestimmt.
Eine Wendel ist länger als der Abstand beider Endpunkte. Also die Angabe 2er Punkte reicht am Ende nicht zur Definition des Weges aus.
Was man unter Potentialdifferenz versteht ist mir bekannt allerdings musst du aufpassen wann überhaupt ein Potential definierbar ist.
Die Definition des Potentials im Mathematischen Sinne ist
E=-div(Phi) wobei Phi das Potential bezeichnet.
Mit U = Wegintegral E und den Integralsätzen für Vektorfelder ergibt das dann eben U=Phi1-Phi2 also die Spannung als Potentialdifferenz.
Bildet man aber die Rotation eines so gebildeten E Feldes ergibt das rot(E)=rot(-div(Phi)) = 0 für alle Skalarfelder Phi.
Nach dem Induktionsgesetz der Maxwellgleichungen gilt aber rot(E)=-dB/dt. Da dies 0 sein muss lässt sich ein Potential nur bilden wenn es keine zeitlich veränderlichen Magnetfelder gibt, also wenn es keine Induktion gibt.
Wäre eine Spannung zB nur über 2 Punkte und nicht über den Weg definiert würde ein Kurzgeschlossener Transformator auch keine Strom in der Sekundärwicklung erzeugen können was aber der Fall ist.
Wie gesagt es geht hier um eine etwas allgemeinere Aussage daher meine Anmerkung, welche eher an dich als an den Fragesteller gerichtet ist.
Im Bezug und Wissensstand des Fragestellers erklärt das natürlich die Frage ausreichend aber ich wollte eben nur anmerken, dass nicht immer und überall ein Potential definierbar sein kann.
Eine Spannung ist immer eine Größe welche einem Weg zugeordnet wird.
In einfachen Fällen, ohne Induktionserscheinungen, reduziert sich das auf die Endpunkte des Weges. Eine weitere Reduktion gibt es in diesem Sinne nicht.
Das bedeutet eine Spannungsquelle hat in der Realität immer zwei Anschlüsse bzw zwei Pole.
Man kann einen Pol nur implizit als Masse definieren, allerdings ist das nur eine Vereinfachung beim Zeichnen die so in der Realität nicht existiert.
Ich befürchte, die funktioniert gar nicht.
Der Begriff bezieht sich wahrscheinlich auf die Darstellung in Schaltbildern. Dort wird oft nur ein Pol einer Spannungsquelle eingezeichnet (z.B. VCC), und der zweite Pol ist implizit "Masse" (GND), auch wenn das nicht extra eingezeichnet wird.
Es gibt aus Gründen der Vereinfachung die Darstellung als einpolige Spannungsquelle. In der Realität kann sie nicht existieren. Spannung wird immer zwischen zwei Potentialen gemessen.
In dem Fall ist es egal, aber allgemein vorsicht beim Wort Potential in solchen Fällen. Eine Spannung wird genau genommen immer über einen Weg definiert und nicht nur zwischen 2 Punkten.
Sprich es gibt Fälle (zB bei der elektromagnetischen Induktion) wo kein Potential definierbar ist aber eine Spannung existiert.
Das macht kein Sinn. Du brauchst immer 2 Punkte auch das Potential geht von 2 Punkten aus. Schauen wir uns beispielsweise eine elektrische Ladung an. Durch die Anwesenheit dieser Ladung haben wir ein elektrisches Feld welcher sich radial in alle Richtungen ausbreitet. Bekanntermaßen gilt hier das Coulombgesetz:
Fel=K*Q1*Q2/r^2
Das elektrische Potential sagt mir jetzt wie viel Energie in einer zweiten Ladung steckt, wenn dieser sich an einem beliebigen Punkt des Feldes befindet und ist vom Abstand des Punktes bis zur Ladung abhängig. Das ist die Potentielle Energie der Ladung im elektrischen Feld.
Das heißt die Potentielle Energie der Ladung ergibt sich aus der Multiplikation der Ladung q mit dem Potential Φ.
Epot=q*Φ
Das Potential ist also eine Energie pro Ladung an diesem Punkt. Hängt aber TROTZDEM vom Abstand r des Punktes zur Ladung ab von dem dieses Feld ausgeht.
Das heißt die Potentielle Energie wird frei wenn sich die Ladung vom Abstand r=∞ bis zum Abstand r bewegt bzw sich vom Abstand r bis Abstand r=∞ bewegt je nach Ladung halt. Wir erhalten also folgenden Ausdruck:
W=Epot=∫E*q*dr
Das ist übrigens kein unbestimmtes Integral, das Integral geht von r bis unendlich. wir können q vor das Integral ziehen und auf die andere Seite dividieren wodurch wir Energie pro Ladung rausbekommen. Das ist dann also das Integral über das elektrische Feld.
Φ=Epot/q=∫(K*Q/r^2)*dr (von r bis unendlich)
wir sehen die Konstante und Q können wir vor das Integral ziehen und müssen nur über 1/r^2 integrieren.
Φ=Q*K*(1/r) (von r bis r=∞)
=K*Q*((-1/∞)+(1/r))=K*Q/r
Das heißt wenn wir uns anschauen woher das elektrische Potential überhaupt her kommt, dann sehen wir, dass wir einen Abstand r immer mit drin haben nämlich vom besagten Punkt bis zur Ladung selbst also 2 Punkte.
Wie willst du sonst ein Potential definieren, wenn du die Strecke gar nicht kennst die eben 2 Punkte voraussetzt?
Ich habe nicht gesagt, dass man die 2 Punkte nicht kennen muss ich habe gesagt, dass eine Strecke nicht nur über deren Endpunkte definiert ist, das ist ein Unterschied.
Eine Wendel ist zB länger als die Linie zwischen den Endpunkten der Wendel, obwohl beide Kurven die selben Endpunkte besitzen.
Das was du zum Potential schreibst ist zwar richtig, gilt aber nur in einem Rotationsfreien Elektrischen Vektorfeld.
Bekanntlich wird das Potential ja über E=-div(Phi) mit dem elektrischen Feld verknüpft, wobei Phi das Skalarfeld ist welches als Potential bezeichnet wird.
Wenn wir jetzt dir Rotation eines so definierten E Feldes bilden folgt daraus rot(E)=rot(-div(Phi)) = 0 für jedes Skalarfeld Phi. Man spricht in dem Fall von einem Konservativen Feld.
Wenn wir aber das Induktionsgesetz aus den Maxwellgleichungen heranziehen gilt rot(E)=-dB/dt also kann es nur ein Potential geben wenn es keine Induktionserscheinungen gibt. Ansonsten ist die Spannung nicht wegfrei.
Das kann man zB bei einem Transformator sehen. Die Ausgangsspannung hängt von der Windungszahl also vom Weg und nicht nur von der Position der Anschlüsse zueinander ab.
Ich habe nicht gesagt, dass man die 2 Punkte nicht kennen muss ich habe gesagt, dass eine Strecke nicht nur über deren Endpunkte definiert ist, das ist ein Unterschied.
Ah ok. Dann habe ich dich einfach nur missverstanden. Das ist natürlich korrekt.
In dem Fall ist es egal, aber allgemein vorsicht beim Wort Potential in solchen Fällen. Eine Spannung wird genau genommen immer über einen Weg definiert und nicht nur zwischen 2 Punkten.
Sprich es gibt Fälle (zB bei der elektromagnetischen Induktion) wo kein Potential definierbar ist aber eine Spannung existiert.