Verhalten der Elektronen im Stromkreis und nach dem Ausschalten bei Gleichstrom?
Hallo,
ich habe da mal eine Frage zur Modellvorstellung von Elektronen von im Stromkreis der an einer Gleichstromquelle liegt.
Ich stelle mir das immer so vor, dass die Elektronen physikalisch gesehen vom Minuspol zum Pluspol wandern um den Ladungsunterschied auszugleichen. Bei einem Kondensator zum Beispiel wird ja auch eine Spannung durch eine Trennung der Ladungsträger erzeugt und wenn diese Trennung aufgehoben wird, fließen die Elektronen zum Pluspol (Strom fließt) und es kommt zum Ladungsausgleich und die Spannung verschwindet. So stelle ich es mir auch mit einer Gleichstromquelle vor.
1.)
Mein Problem liegt jetzt einmal darin, dass ich nicht ganz verstehe wie zum Beispiel eine Lampe als Verbraucher dann ewig brennen kann, so lange eine Spannung anliegt, da ja irgendwann alle freibeweglichen Elektronen zum Pluspol gewandert sein müssen, und somit kein Strom mehr fließt, oder?
2.)
Meine zweite Frage wäre, die Elektronen stammen ja zum Beispiel aus dem metallischen Leiter also zum Beispiel ein Kupferdraht. Meines Wissens nach sind das die Valenzelektronen, wenn diese jetzt zum Pluspol wandern, würde das Kupferatom doch zu einem positiv geladenen Ion werden. Wenn man die Spannungsquelle jetzt abstellt, würden die Elektronen, dann nicht von den positiven Ionen angezogen werden bzw. wären sie dann nicht bestrebt wieder zurück ins Atom zu gelangen und dort die entstandenen Lücken wieder aus zu füllen?
Und wenn das so wäre, würde es nach dem Ausschalten der Quelle dann nicht ein Stromfluss in entgegengesetzter Richtung geben, also zu erst würden die Atome nahe des Pluspols mit Elektronen "gefüllt" werden und zum Schluss die nahe des Minuspuls?
Bzw. allgemein wären ja dann am ehemaligen Pluspol sehr viele Elektronen und am Minuspol sehr wenige, wodurch sich eine entgegensetzte Spannung aufbauen würde?
Ich denke mal die Antwort liegt irgendwie darin, dass es sich ja um einen Stromkreis handelt und die Elektronen somit irgendwie, während der eingeschalteten Spannungsquelle vom Pluspol zum Minuspol wandern können, allerdings ist mir nicht wirklich klar wie das gehen sollte?
Vielen Dank für eure Antworten.
5 Antworten
Zu 1)
Beim Kondensator werden die Ladungsträger (freie Elektronen) zwischen zwei Elektronen-Reservoirs umverteilt: Nach der Ladung herrscht auf der einen Platte ein Elektronüberschuss und auf der anderen ein Elektronenmangel. Bei der Entladung wird in Sekundenbruchteilen der Ausgleich wiederhergestellt.
Zum Vergleich: Wenn wir von einem Behälter Wasser in einen zweiten Behälter pumpen, steigt im zweiten Behälter der Wasserspiegel über den des ersten. Das System ist "geladen". Wenn wir das Wasser wieder zurückfließen lassen bis beide Wasserspiegel wieder gleich hoch sind, ist das System "entladen".
Wenn wir einen Verbraucher an eine Gleichstromquelle anschließen, dann fließt der Strom endlos im Kreis herum, bis der Stromkreis unterbrochen wird. Die Ladungsträger werden vom Kraftwerk oder einer Galvanischen Zelle (Batterie) ständig durch die Leitung "gepumpt" und vom Verbraucher (als Widerstand) mehr oder weniger gebremst. Es gibt hier keine Anhäufung oder Entleerung von Ladungsträgern.
Zum Vergleich: Wenn wir Wasser durch ein Rohr im Kreis herumpumpen, können wir auch einen Widerstand als "Verbraucher" in diesen Kreis einbauen, z.B. eine Düse oder eine Turbine. Eine Wasseranhäufung oder -Entleerung findet hier nicht statt.
Die Elektronen kreisen im geschlossenen Stromkreis wie die Perlen auf einer Schnur oder die Kettenglieder auf der Fahrradkette. Innerhalb des Verbrauchers geht der Weg von minus nach plus und innerhalb des Kraftwerks bzw. der Batterie geht es von plus nach minus. Da gibt es keine Ansammlungen von Elektronen! Das wären ja statische Aufladungen wie beim Kondensator!
- wenn mit einem Generator Strom erzeugt wird, wird durchgehend durch den Generator ein Ladungsunterschied generiert;
- die Elektronen verschieben sich sozusagen im Leiter, wenn am Anfang des Leiters ein paar Elektronen in den Leiter gelangen kann man es oberflächlich so beschreiben, dass die Elektronen die anderen anstoßen und diese wieder die nächsten... der Strom ist deswegen auch so schnell; deswegen sind immer Elektronen im Leiter...
Du hast einen grundlegenden gedanklichen Denkfehler. Die Elektronen sind negativ geladen. Und die wandern vom Minuspol zum Pluspol.
Der Fehler, dass man annimmt, dass der Strom von + nach - wandert, stammt noch aus der Frühzeit der Elektrotechnik. Damals hat man das mit den Ladungen noch nicht verstanden. Und weil man es einmal eingebürgert hat, hat man es nie angepasst.
Es ist für die Funktion von Geräten völlig egal, in welcher Richtung der Strom letzt endlich fließt. Hauptsache er fließt.
Ja, es ist im Prinzip egal. Aber wenn man versucht, zu verstehen, wie das System funktioniert, dann treten zu viele logische Fehler auf. Ich hatte das Problem am Anfang auch. Wenn man stupide dasitzt und stumpf Pläne erstellt, macht das ja auch gar nichts aus. Aber wenn man versucht, es zu verstehen, dann macht das einen riesen Unterschied. Und deshalb zweifle ich die Intelligenz der Leute, die entschieden haben, es nicht umzuändern, auch stark an.
Ja, da hast Du völlig recht. Ich habe immer schon Probleme gehabt, bei Reparaturen bei denen Masse Plus war! Ist mir immer schwer gefallen, das nachzuvollziehen. Es hat niemand behauptet das es leicht ist!
Nein, ich habe doch geschrieben, dass die Elektronen vom Minus zum Pluspol wandern. Andersherum ist doch die technische Ansicht, weshalb ich explizit von der physikalischen gesprochen habe.
Das Thema gabs hier schonmal:
https://www.gutefrage.net/frage/was-passiert-wenn-strom-verbraucht-wird
das ist eine Variante, die ich noch nicht kannte. Viele denken ja, dass Elektronen nur in der Stromquelle darauf warten, herausgelassen zu werden, und wundern sich dann, wieso das Licht beim Einschalten sofort angeht.
Dass aber jemand denkt, die Elektronen wären nur im Leitermaterial vorhanden, ist ja das Gegenteil und mir neu.
Elektronen sind natürlich überall im Stromkreis und werden von der Stromquelle an einer Seite nachgeliefert und an der anderen wieder aufgenommen.
Elektronen im Leitmaterial war ja nur als Beispiel gedacht, dass Elektronen im ganzen Stromkreis sind, ist mir schon klar, mir geht es eher darum, wie es zu diesem „Stromkreis“ kommt, wenn die Elektronen doch zum Pluspol wandern. Wie kommen die da sozusagen „weg“ bzw. am Pluspol angekommen wie und wo geht es weiter, wenn sie doch genau dort hingeleitet werden, man müsste sie ja quasi entnehmen und beim Minuspol wieder reinstecken.
Zu 1.) Das Geheimnis ist Deine Steckdose! Der Stromanbieter liefert alles nach.
Zu 2.)Es ist nicht gerade hilfreich diese Vorgänge seriel zu zerlegen. Es geht nicht nacheinander, sondern gleichzeitig. Du hast auch nicht erwähnt, das ein Strom durchflossener Leiter ein Magnetfeld aufbaut und beim ausschalten zusammen bricht und die Polarität sich umkehrt. Diese Vorgänge müssen geschlossen betrachtet werden und nicht Bruchstücke alleine. Mehr fällt mir jetzt dazu nicht ein. Ist bei mir ja auch schon 50 Jahre her.
Okay, danke endlich mal eine Antwort mit der ich arbeiten kann. Dann aber trotzdem meine Frage du schreibst:
„Die Ladungsträger werden vom Kraftwerk oder einer Galvanischen Zelle (Batterie) ständig durch die Leitung "gepumpt" und vom Verbraucher (als Widerstand) mehr oder weniger gebremst. Es gibt hier keine Anhäufung oder Entleerung von Ladungsträgern.“
wie kommen die Elektronen dann aber wieder zum Beginn des Kreislaufes, sprich die Elektronen fließen zum Pluspol, aber um erneut von der Spannung beschleunigt zu werden und um eine Anhäufung zu vermeiden müssen die Elektronen ja so Zusagen den Pluspol verlassen und zurück zum Minuspol. Wie funktioniert das, wie kommen die dahin. Also wenn man sich so eine klassische Schaltung ja anschaut dann wäre das ja quasi als würde man bei der Quelle noch ein Kabel/Verbindung zwischen Plus und Minus zeichnen.