Wie treibt Wechselstrom Geräte an?
Gleichstrom liefert ja Ladungsträger von A nach B. Beim Wechselstrom wechselt der Strom aber ständig die Richtung und das auch periodisch. Heißt das nicht, dass die Ladungsträger nie einen bestimmten Bereich verlassen und wenn ja, wie wird dann Energie von A nach B übertragen?
5 Antworten
Man muss wissen, dass sich in einem Leiter die Elektronen nur mit einer Geschwindigkeit von etwa 1/10 mm pro Sekunde bewegen, das Signal bzw. die Energie in Form des elektromagnetischen Feldes aber mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Das liegt daran, dass die elektrische Energie nicht an das Elektron an sich gebunden ist, sondern von einem Elektron aufs andere in einer Art Impulsübertragung weitergegeben wird.
Einen ähnlichen Vorgang gibt es auch in der Mechanik. Betrachten wir z.B. ein Newtonsches Pendel:
https://www.youtube.com/watch?v=WnO7QCFoahg
Hier wird die kinetische bzw. potenzielle Energie am Anfang der Kugelreihe sehr schnell auf das Ende der Kugelreihe übertragen, ohne dass sich die Träger dieser Energie, also die Kugeln, selber groß bewegen müssen.
Erst wenn tatsächlich Ladungsträger, also Elektronen transportiert werden müssen wie beim Laden eines Akkus, dann spielt die geringe Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronen eine Rolle und das geschieht dann nicht mehr mit Lichtgeschwindigkeit, sondern kann Stunden dauern.
Heißt das nicht, dass die Ladungsträger nie einen bestimmten Bereich verlassen
Genau so ist das. Die Elektronen, die sich bei der Auslieferung eines Wechselstrommotors in den Windungen des Motors befinden, befinden sich dort auch nach vielen Stunden Betriebszeit immer noch dort. Die werden immer nur hin- und hergeschoben.
und wenn ja, wie wird dann Energie von A nach B übertragen?
Siehe oben.
Wollte die Sache nicht unnötig kompliziert machen, aber du hast nicht ganz unrecht. Wo die Transportgeschwindigkeit der Elektronen ohne zusätzliche Brense durch chemische Reaktionen auch noch eine Rolle spielt, ist beim Laden eines Kondenators in endlicher Zeit. Auch da müssen wirklich Elektronen gepumpt werden.
Wieso sägt eine lange Säge am Ende noch? Das Metall wird doch nur hin und her geschoben?
Genau daraus lässt sich die Antwort ableiten. Elektronen werden durch ein Ungleichgewicht im Leiter verdrängt. So bald ein Stromkreis geschlossen ist, bewegen sich je nach Innenwiderstand unterschiedlich viele Elektronen hin und her. Die Elektronen haben keine nennenswerte Masse, weswegen sie kaum eine Trägheit vorweisen. Bei der Frequenz von 50 Hz lässt sich das wunderbar mit der Säge vergleichen.
Wechselstrom besteht doch aus pulsierenden Gleichströmen, welche sich 100 x in der Sekunde umpolen.
pulsierenden Gleichströmen
Das ist doch etwas verwirrend ausgedrückt, aus, aus https://www.spektrum.de/lexikon/physik/pulsierender-gleichstrom/11749
pulsierender Gleichstrom, ein Gleichstrom, dessen Amplitude nicht konstant, sondern nur von gleichbleibender Polung ist. Es gibt periodisch (gleichgerichtete Wechselströme, Gleichrichter) und unperiodisch pulsierende Gleichströme.
Das ist eben kein Wechselstrom, den müssest du zuerst gleichrichten, dann erst wird es einer.
Aber du hast schon verstanden, dass es sich einmal um eine positive und einmal um eine negative Halbwelle handelt.
Aber du hast schon verstanden, dass es sich einmal um eine positive und einmal um eine negative Halbwelle handelt.
Ja, habe ich. Du auch?
Lesetipp dazu: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/gleichstromkreis
Andere Formen von Gleichstrom und Gleichspannung
Man spricht aber auch dann von einem Gleichstrom bzw. von einer Gleichspannung, wenn der Betrag von Stromstärke oder Spannung nicht konstant ist, sich aber die Polarität nicht ändert. Ein typisches Beispiel dafür ist ein so genannter pulsierender Gleichstrom (Bild 2), der z.B. bei der Gleichrichtung von Wechselspannung entsteht. Möglich sind auch andere Formen von Gleichstrom bzw. Gleichspannung. Entscheidend ist die gleich bleibende Polarität.
(Verfettung von mir)
und aus https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/wechselspannung-und-wechselstrom
Während bei einer Gleichspannung immer die gleiche Polarität und damit bei einem Gleichstrom die gleiche Flussrichtung vorliegt, wird eine Spannung, deren Polarität sich periodisch ändert, als Wechselspannung bezeichnet. Entsprechend ändert sich die Flussrichtung des Wechselstromes periodisch.
(Verfettung von mir)
Das sind schon elementare Unterschiede.
Du hattest den Wechselstromkreis so bezeichnet:
Wechselstrom besteht doch aus pulsierenden Gleichströmen,
Das ist entweder viel zu ungenau oder falsch. Ich habe mich für falsch entschieden.
Das geht in der Erklärung recht tief in die theoretische Elektrotechnik.
Einfach gesprochen geht es im wesentlichen um die sich aufbauenden Felder um den Leiter. Nicht die Ladungsträger selber sind wesentlich sondern deren Bewegung
Noch einfacher: Stell es dir bildlich vor, du schiebst in die eine Richtung und überträgst dabei Energie, du ziehst in die andere Richtung und übeträgst damit auch Energie
Du willst ja auch Energie übertragen, und nicht Ladungsträger. Die Energie steckt in der Bewegung der Ladungsträger.
Wenn du tatsächlich Ladungsträger übertragen willst (z.B. um eine Batterie aufzuladen), brauchst du Gleichstrom. Aus genau dem von dir genannten Grund.
Allerdings sind in metallischen Leitern so viele Elektronen, dass dies nicht der Flaschenhals für das Laden von Akkus sein kann. Akkus sind typischerweise dadurch begrenzt, dass in ihnen chemische Reaktionen ablaufen und die Ausgangsprodukte nur durch den Elektrolyten hindurch angeliefert und die Endprodukte nur ducht den Elektrolyten hindurch abtransportiert werden können - diese "Diffusion" kostet Zeit. Außerdem werden Akkus beim Laden und Entladen warm - umsomehr, je mehr Strom fließt -, und bei zu großer Hitze geht irgendwas kaputt.