Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gedankenexperiment zum Elektronenfluss


von KoE (Gast)


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Guten Abend,

Ich habe seit gestern ein Gedanken im Kopf und zwar wurde dies durch 
folgendes ausgelöst:

Low/High-Side-Switch

 ^    ^
 |    |
 x    L
 |    |
 L    x
 |    |
---  ---

Daher möchte ich mit diesem Thread nur berichtigen lassen fals mein 
Gedanke nicht richtig sein sollte.

Elektronen geben keine Energie ab, ist dies richtig ?

Das was einen Glühfaden zum Leuchten bringt ist Erwärmung.
Ich vergleiche dies sehr oft mit Wasser. Bei diesem Beispiel ist mir die 
Hydraulik in den Sinn gekommen. Wenn man Öl unter sehr starkem Druck 
durch eine Verengung fliessen lässt erwärmt sich das Öl, folglich auch 
die Leitungen etc... Daher gehe ich davon aus das Reibung diese Wärme 
entstehen lässt.

Das gleiche gilt folglich bei Elektronen. Diese werden durch eine 
Verengung mit sehr hohem Druck gejagt. Das erzeugt Wärme und bringt den 
Glühfaden zum leuchten.

Mein Gedanke war zuerst das wenn ich den Schalter nach der Last einbaue 
fliesst durch den Schalter weniger Strom. Die Last verbraucht den Strom.
Dieser Gedanke ist falsch.

Daher Spielt es auch keine Rolle wo der Schalter plaziert wird. Der 
Schalter dient nur zum unterbrechen des Flusses. Durch beide Komponenten 
fliesst gleich viel Strom.

Also ist die Energie, die die Last bewegt, der Elektronenfluss. Die 
Elektronen an sich habe keine Energie.

Wenn man eine Batterie auflädt erzeugt man damit nur ein ungleichgewicht 
zwischen den Positiven und negativen Elektronen. Durch den Fluss 
versuchen die sich wieder auszugleichen.

Ist dies so Korrekt?

Mfg KoE

von Oldie (Gast)


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Der letzte Absatz nicht.
Die positiven Elektronen machen sich in unserem Universum sehr rar.

von Peter R. (pnu)


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KoE schrieb:
> Elektronen geben keine Energie ab, ist dies richtig ?

nein, sie sind sogar Speicher von Energie
So wie eine Masse im Schwerefeld Energie speichert, in der Form von Nm 
speichert ein Elektron im elektrischen Feld Energie. Physiker geben 
diese Energie in eV an.

KoE schrieb:
> Das was einen Glühfaden zum Leuchten bringt ist Erwärmung.

Die im Leiter voran getriebenen Elektronen geben durch Reibung bzw. 
Stöße ihre Energie an den Leiter ab. Zahl der Elektronen/sec wird dann 
in A angegeben und die Kraft, die sie antreibt wird in V angegeben. Das 
Produkt VA ist die im Widerstand von den geschobenen Elektronen 
gelieferte Leistung. Da diese Leistung im Widerstand als zusätzliche 
willkürliche Bewegung endet, macht sich die von den e geleistete Arbeit 
als Wärme = Bewegungsenergie der gestreuten Telchen im Metall bemerkbar.

KoE schrieb:
> ungleichgewicht
> zwischen den Positiven und negativen Elektronen

Im Normalfall gibt es keine positiven Elektronen. Durch einen bis jetzt 
rätselhaften Vorgang beim Urknall entstanden mehr Elektronen als 
Positronen.  Nur diese Differenz ist übriggeblieben, der Rest hat sich 
durch Paarbildung und Abgabe von Enegie vernichtte. Nur in der 
Kernphysik entstehen gelegentlich elektron-positron Paare, die aber 
schnell wieder zerfallen, denn sehr schnell begegent so ein Posittron 
irgendeinem der vielen existirenden Elektronen.

von Klaus (Gast)


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Bleibe zunächst einmal einfach bei dem Wasser-Modell.

Stell Dir vor, der Schalter sein ein Schieber in einem Kanal in dem 
Wasser entlang fliesst und auf ein Wasserrad trifft. Egal ob Du den 
Schieber vor dem Wasserrad oder danach anordnest: Wenn das Wasser nicht 
fliessen kann, dann bewegt sich das Wasserrad nicht.

Was die "realen" Elektronen betrifft, so empfehle ich Dir zunächst 
einmal die Artikel hier: 
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/index.htm#1 durchzulesen.

Insbesondere zu der Frage ob "Elektronen" eine Energie haben und unter 
welchen Umständen sie sie "haben", empfehle ich Dir die Betrachtungen 
zur Funktion einer "Glühlampe" hier: 
http://www.elektronikinfo.de/strom/thermischelampen.htm

von Klaus R. (klara)


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KoE schrieb:
> Wenn man eine Batterie auflädt erzeugt man damit nur ein ungleichgewicht
> zwischen den Positiven und negativen Elektronen. Durch den Fluss
> versuchen die sich wieder auszugleichen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator

Funktionsweise

In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische 
Energie umgewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die 
chemische Energie wieder in elektrische Energie zurück gewandelt (siehe 
dazu: Galvanische Zelle). Die für eine elektrochemische Zelle typische 
elektrische Nennspannung, der Wirkungsgrad und die Energiedichte hängen 
von der Art der verwendeten Materialien ab.

Mir ist so das hier ein Troll am Werke ist!

: Bearbeitet durch User
von Oldie (Gast)


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Wie misst du denn die eV INNERHALB dieses beschriebenen
Stromkreises?

von KoE (Gast)


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Besten Dank für die vielen Antworten.

Habt mich gerade an die Schule erinnert. Dort war immer die Rede von 
eimem Loch bzw. Elektronen überflüss / mangel. Dies ist wohl korrekter.

Daher Trifft dies mit den Positiven / Negativen Elektronen nicht zu.

Ja stimmt in einer Batterie wird dies Chemisch gelöst.

von Daniel A. (daniel-a)


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KoE schrieb:
> Das was einen Glühfaden zum Leuchten bringt ist Erwärmung.

Nicht direkt. Verschiedene Phänomene führen zur Lichtemission. Meistens 
passiert dies beim Übergang eines Elektrons in einen niedrigeren 
Energiezustand. Siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Energieniveau

Es stimmt, dass dies meistens eine folge einer Erwärmung ist. Siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung#Entstehung

Der einzige unterschied zwischen Termischer und Nicht-Termischer 
strahlung ist das Verhältnis des Abgedeckten Spektrums der Wellenlängen 
zur Intensität der Strahlung, also ein überflüssiges Gedankenkonstrukt.

> Ich vergleiche dies sehr oft mit Wasser. Bei diesem Beispiel ist mir die
> Hydraulik in den Sinn gekommen. Wenn man Öl unter sehr starkem Druck
> durch eine Verengung fliessen lässt erwärmt sich das Öl, folglich auch
> die Leitungen etc... Daher gehe ich davon aus das Reibung diese Wärme
> entstehen lässt.

Selbst wenn man dies nur auf dieses Öl Leitungsbeispiel beschränkt ist 
das nicht vollständig richtig. Die Erhöhung des Drucks und die dadurch 
bedingte Kompression der Flüssigkeit führen zu einer Stärkeren 
Schwingung der Atome in der Flüssigkeit (die Schwingung ist ein Aspeckt 
der Temperatur), weil diese weniger Abstand zueinander haben. Das 
Leitungsende an welchem die Flüssigkeit austritt und sich wieder 
Ausdehnen kann, kühlt sich danach wieder entsprechend stark ab.

> Das gleiche gilt folglich bei Elektronen.

Eine wunderbare Analogie, aber im Detail nicht Äquivalent.

> Diese werden durch eine Verengung mit sehr hohem Druck gejagt.
> Das erzeugt Wärme und bringt den Glühfaden zum leuchten.

Fast, nur dass es hier nicht der Druck ist, sondern die Geschwindigkeit 
und Menge, also Volt und Ampere. Die Atome und Elektronen kommen nicht 
ohne Wiederstand (Ohm) durch, weil manchmal Atome im weg sind (Ausser es 
ist ein Supraleiter, bei diesen können Elektronen zwischen den Atomen 
durchtunneln ohne nennenswert abgeenkt zu werden). Die gegenseitige 
Beeinflussung der Elektronen und der restlichen Teilchen führen zum 
Schwingen von Atomen und letztlich zur Änderung von Energiezuständen von 
Elektronen, wodurch Photonen freiwerden und teilweise auch wieder 
Absorbiert oder Reflektiert werden. Siehe: 
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung#Entstehung

> Daher Spielt es auch keine Rolle wo der Schalter plaziert wird. Der
> Schalter dient nur zum unterbrechen des Flusses. Durch beide Komponenten
> fliesst gleich viel Strom.

Soweit korrekt.

> Also ist die Energie, die die Last bewegt, der Elektronenfluss.
Die Last ist der Verbraucher, sofern dies ein Motor ist, stimmt es. 
Erhitzt wird dafür jede Last.

> Die Elektronen an sich habe keine Energie.
Doch, Ein Elektronenvolt pro Elektron, aber dass ist eine andere 
Geschichte.

> Wenn man eine Batterie auflädt erzeugt man damit nur ein ungleichgewicht
> zwischen den Positiven und negativen Elektronen.

Bei Batterien sind meist chemische Prozesse beteiligt. Dabei spielen 
noch andere Grundkräfte mit, da Ionen gebildet werden die dann für den 
nötige Potentialunterschied sorgen (Stark vereinfacht ausgedrückt).
https://de.wikipedia.org/wiki/Fundamentale_Wechselwirkung
https://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator#Funktionsweise

Ausserdem werden keine Positronen erzeugt, die entstehen hauptsächlich 
beim Zerfall von Atomen. Elektronen haben immer eine Negative Ladung und 
Stossen sich gegenseitig ab. Dennoch wird ein Strumfluss, also ein 
FFluss von Elektronen, durch den Ausgleich eines Ungleichgewichts an 
Elektronen (Potentialdifferenzausgleich) herforgerufen. Siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Potential_(Physik)#Potentialdifferenz

> Durch den Fluss versuchen die sich wieder auszugleichen.
Stimmt.

von A-Freak (Gast)


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Du kannst es dir vielleicht so vorstellen:
Beim "nutzbarem" Strom liefert die Batterie die Kraft (Spannung) um die 
Elektronen durch die Schaltng zu drücken.
Der "verbrauchte" Strom hat keine Kraft (Spannung) mehr um etwas zu 
leisten und kann nur noch in die Batterie zurückfliesen.

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