Hi Leute,
ich weiß diese Thema ist elementar, aber mir sind immer noch einige
Sachen nicht 100% klar, vielleicht hilft mir jemand auf die Sprünge.
Allgemein:
Oder auch nur
, wobei dann
mit betrachtet werden muss.
Folgendes (Standard-) Setup:
Ruhende Leiterschleife mit Spannungsmessgerät wird senkrecht von
konstantem B Feld durchsetzt. Die Seite der Schleife, die quer im Feld
liegt wird nun nach außen bewegt (durch eine von außen kommende Kraft).
Direkt am Anfang ist die elektrische Feldkomponente=0, weil keine
Ladungstrennung erfolgt ist.
Durch die Lorentzkraft (Ursache ist die Relativbewegung des Leiters,
Wirkung ist die Lorentzkraft) aber fangen die Elektronen an, nach unten
zu driften. Sich bewegende Elektronen sind nichts anderes als ein Strom.
Ein fließender Strom erzeugt um sich herum ein Magnetfeld.
Jetzt kann man sagen, entweder das "neue" Magnetfeld wirkt dem anderen
entgegen (somit entsteht eine Kraft auf den Leiter), oder aber man
argumentiert mit einer zweiten Lorentzkraft (hier ist jetzt die Ursache
der Stromfluss und die Wirkung eine Kraft auf den Leiter, die der
ursprünglichen von außen wirkenden Kraft entgegen wirkt).
Nun wird aber durch die Elektronenbewegung (Ladungstrennung) automatisch
auch ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld zeigt in die andere
Richtung, als die ursprüngliche Lorentzkraft. E ist also nicht mehr 0.
Jetzt meine Fragen:
- Stimmen die obigen Ausführungen so erst einmal?
- Wie groß wird die Elektrische Feldstärke bzw die Kraft? Irgendwann
gibt es ja wohl ein Kräftegleichgewicht. Was passiert dann? Kein Drift
mehr der Ladungsträger, auch wenn der Leiter weiter bewegt wird. Stellt
sich also eine konstante Induktionsspannung ein?
- Was passiert mit der "zweiten" Lorentzkraft? Wie äußert sich diese?
- Wo genau tritt die Lenzsche Regel und damit das "Verhindern wollen"
eines Stromflusses auf?
- werden diese "Einschwingvorgänge", also Anfangs E=0, dann langsam
Aufbauen, gegenwirken etc überhaupt mit betrachtet?
In der Wikipedia
(http://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft#Lorentzkraft_am_elektrischen_Leiter)
steht, dass diese Gegenkraft nur auftritt, wenn der Stromkreis
geschlossen ist. Aber wieso ist das so? Die Elektronen bewegen sich
doch, zumindest bis zu einem bestimmten Punkt.
Ihr seht, ich bin insgesamt noch etwas verwirrt und hoffe, ihr helft mir
auf die Sprünge.
Vielen Dank,
jk
>Durch die Lorentzkraft (Ursache ist die Relativbewegung des Leiters,
Wirkung ist die Lorentzkraft) aber fangen die Elektronen an, nach unten
zu driften. Sich bewegende Elektronen sind nichts anderes als ein Strom.
Ein fließender Strom erzeugt um sich herum ein Magnetfeld.
Wenn es ein Leiter ist, fliesst nicht unbedingt Strom. Der Leiter muss
auch geschlossen sein.
Delta Oschi schrieb:>>Durch die Lorentzkraft (Ursache ist die Relativbewegung des Leiters,> Wirkung ist die Lorentzkraft) aber fangen die Elektronen an, nach unten> zu driften. Sich bewegende Elektronen sind nichts anderes als ein Strom.> Ein fließender Strom erzeugt um sich herum ein Magnetfeld.>>> Wenn es ein Leiter ist, fliesst nicht unbedingt Strom. Der Leiter muss> auch geschlossen sein.
1. Magnetfeld, Bewegung und Kraft hängen miteinander zusammen. In der
Schule wird da oft von Ursache, Vermittlung, Wirkung gesprochen - ein
Konzept was mir aber gar nicht gefällt.
2. Deine Ausführungen sind korrekt, du spekulierst derzeit nur über die
Tragweite dieser Erkenntnisse.
3. Wenn du die 3-Finger-Regel auf den von dir formulierten Strom
anwendest, wirst du feststellen, dass eine Kraft entsteht, die die
Leiterschleife in die andere Richtung zieht. Das ist schon der Kern der
Lenzschen Regel.
Fakt ist aber doch, dass die Ladungsträger sich bewegen, zumindest ein
"Stück weit", sonst gäbe es keine Potentialdifferenz. Und auch
(kurzzeitig bewegende) Elektronen sind doch ein Strom?
edit: das war an Delta Oschi gedacht.
@Michael:
zu deinem 3. Punkt: Ja genau das ist der Fall. Es entsteht eine
Gegenkraft. Ist diese Kraft wirklich spürbar? Muss ich also an dem Stab
stärker ziehen?
Und wie entsteht dadurch eine Verringerung des Anfangsstromes z.B. wenn
an eine Spule eine Spannung angelegt wird?
Wenn du jetzt sagst, die Gegenkraft ist quasi die Erkenntnis aus der
Lenzschen Regel, wieso entspricht dies dann dem Minuszeichen vor dem
Induktionsgesetz?
Ich muss leider dazu sagen, dass ich Etechnik Student bin und ziemlich
gut klar komme (ihr könnt daher auch etwas mathematischer Formulieren),
aber solche profanen Dinge sind mir immer noch nicht klar.
Danke & schöne Grüße,
jk
Ein offener Leiter ist eine Antenne. Wenn man also einen Stab von 30cm
Laenge im Magnetfeld bewegt ist das eine Antenne fuer 500Mhz. Dh es
fliesst Strom waehrend 2ns oder so. Es fuehrt als nicht zu einem
mechanik-relevanten Strom. Dh es wird keine Kaft feststellbar sein.
Jeder Leiter ist im irdischen System geschlossen. Sei es über dein, an
den Enden angeschlossenen Multimesser, oder durch die mehr oder weniger
feuchte Luft die den Leiter umgibt. Somit wird auch immer ein Strom
fließen, bzw. eine Potenzialdifferenz messbar sein(sei sie auch noch so
klein). Im Vakuum würde ich diese Tatsache bezweifeln, solange keine
Messinstrument angeschlossen ist, was das Ergebniss beeinflusst.
Jan K. schrieb:
edit: das war an Delta Oschi gedacht.
>> @Michael:>> zu deinem 3. Punkt: Ja genau das ist der Fall. Es entsteht eine> Gegenkraft. Ist diese Kraft wirklich spürbar? Muss ich also an dem Stab> stärker ziehen?
Ja genau, du musst stärker ziehen. Ob du die Kraft spürst hängt
natürlich vom Aufbau der Vorrichtung ab. Technisch gibt es dazu z. B.
die Wirbelstrombremse.
>> Und wie entsteht dadurch eine Verringerung des Anfangsstromes z.B. wenn> an eine Spule eine Spannung angelegt wird?
So etwas taucht beim Elektromotor auf. Im Leerlauf wird durch die
schnelle Drehung des Rotors eine Gegenspannung erzeugt (daher auf das
Minus), die fast so groß ist wie die angelegte Spannung
(Reibungsverluste etc.). Daher ist die Leistungsaufnahme des Motors nur
gering.
Bremst du den Motor ab (d.h. Belastung), sinkt die Gegenspannung: Der
Motor nimmt auf einmal viel mehr Leistung auf.
>> Wenn du jetzt sagst, die Gegenkraft ist quasi die Erkenntnis aus der> Lenzschen Regel, wieso entspricht dies dann dem Minuszeichen vor dem> Induktionsgesetz?
Das Minus symbolisiert die Lenzsche Regel. Stell dir vor, die Regel wäre
so, dass die Spannung ihre Ursach noch zusätzlich unterstützt - das
Perpetuum Mobile wäre erfunden.
>> Ich muss leider dazu sagen, dass ich Etechnik Student bin und ziemlich> gut klar komme (ihr könnt daher auch etwas mathematischer Formulieren),> aber solche profanen Dinge sind mir immer noch nicht klar.>
Das wäre aber schon wichtig, dass diese einfachen Dinge klar sind. Laut
Lehrplan werden solche Dinge in der 9. bzw. 11. Klasse besprochen.
P.S. Was mit den verschobenen Elektronen bei NICHT geschlossener
Leiterschleife ist und ob man diesen Strom messen kann - da denke ich
jetzt auch noch mal drüber nach.
Michael K-punkt schrieb:> P.S. Was mit den verschobenen Elektronen bei NICHT geschlossener>> Leiterschleife ist und ob man diesen Strom messen kann - da denke ich>> jetzt auch noch mal drüber nach.
Ich würde sagen Nein. Da sicherlich Elektronen bewegt werden, aber der
dadurch entstandene Elektonrnmangel auf einer Seite des Drahtes müsst
sofort ausgelichen werden. Denn ich denke, dass der Leiter in sich ein
Kurzgeschlossenen Stromkreis ist (es passen mehrer Elektronen
nebeinander). Oder denke ich gerade schief?
Basti schrieb:> Michael K-punkt schrieb:>> P.S. Was mit den verschobenen Elektronen bei NICHT geschlossener>>>> Leiterschleife ist und ob man diesen Strom messen kann - da denke ich>>>> jetzt auch noch mal drüber nach.>> Ich würde sagen Nein. Da sicherlich Elektronen bewegt werden, aber der> dadurch entstandene Elektonrnmangel auf einer Seite des Drahtes müsst> sofort ausgelichen werden. Denn ich denke, dass der Leiter in sich ein> Kurzgeschlossenen Stromkreis ist (es passen mehrer Elektronen> nebeinander). Oder denke ich gerade schief?
Die Frage ist ja, wie die Elektronedichte entlang dem Leiter aussieht,
wenn es an den beiden Enden eine Spannung gibt.
Die Erzeugung dieser nicht gleichmäßigen Elektronendichte wäre dann
quasi der "Strom".
Hallo, danke für die Antwort.
So wie du es schreibst ist mir das alles klar und auch klar gewesen.
Möglicherweise sitzt das Problem tiefer oder ich habe meine Fragen nicht
sauber gestellt.
Das Motorbeispiel ist auch bekannt. Nur habe ich bisher noch keine 100%
Erklärung gesehen, warum die Vorzeichen so sind, wie sie eben sind. Es
wird häufig einfach gesagt, man modelliert den Motor, bzw die vom Motor
induzierte Spannung als Spannungsquelle in "Maschenrichtung". Der Strom
aber wirkt entgegengesetzt.
Wird aber an eine normale Spule eine Spannung angelegt, so entsteht am
Anfang ein gegengesetzter Strom, und dennoch werden Spannung und Strom
im Verbraucherzählpfeilsystem in die selbe Richtung gezählt. Dann kommt
noch ein Minus vom Induktionsgesetz dazu.
Möglicherweise ist die Bestimmung des Vorzeichens das größte Problem, um
das Zeugs zu verstehen.
Werde da jetzt auch noch einmal drüber nachdenken, wie ich evtl. meine
Fragen präziser stellen kann.
Schöne Grüße,
jk
@Jan K.:
> In der Wikipedia> (http://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft#Lorentzk...)> steht, dass diese Gegenkraft nur auftritt, wenn der Stromkreis> geschlossen ist. Aber wieso ist das so? Die Elektronen bewegen sich> doch, zumindest bis zu einem bestimmten Punkt.
Das ist es doch.
Die Elektronen bewegen sich solange, bis die Anodnung "offene
Leiterschleife" ( sozusagen wie ein Kondensator ) 'aufgeladen' ist, sich
also auf einer Seite angesammelt haben. Selbstverständlich tritt solange
auch die entsprechende Lorentzkraft auf.
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