Nabend,
nimmt man eine beliebige Spannungsquelle ("Batterie"), dann hat diese
einen Pol mit Elektronenüberschuss und einen mit Elektronenmangel.
Schaltet man zwei Batterien (polungsrichtig) in Reihe, dann wird der Pol
mit Elektronenmangel der einen Batterie mit dem Pol des
Elektronenüberschusses der anderen Batterie verbunden.
Obwohl Elektronenmangel und Elektronenüberschuss direkt verbunden
werden, kann kein Ausgleichsstrom fließen, da kein Stromkreis
geschlossen ist.
Warum?
PS: Mit der Frage konnte ich zwei Physikprofessoren aus der Fassung
bringen...
Hallo, > Danish B. schrieb: > nimmt man eine beliebige Spannungsquelle ("Batterie"), dann hat diese > einen Pol mit Elektronenüberschuss und einen mit Elektronenmangel. > > Schaltet man zwei Batterien (polungsrichtig) in Reihe, dann wird der Pol > mit Elektronenmangel der einen Batterie mit dem Pol des > Elektronenüberschusses der anderen Batterie verbunden. > > Obwohl Elektronenmangel und Elektronenüberschuss direkt verbunden > werden, kann kein Ausgleichsstrom fließen, da kein Stromkreis > geschlossen ist. > > Warum? Weil es keinen Potentialunterschied zwischen den beiden verbundenen Elektroden gibt. Dann fließen also auch keine Ladungsträger. > PS: Mit der Frage konnte ich zwei Physikprofessoren aus der Fassung > bringen... Manche Sachen lassen sich nicht physikalisch erklären. Da ist es eher ein philosopisches Problem. Naturwissenschaftler können nicht erklären, warum die Naturgesetze wirken, sondern nur WIE sie Wirken. Um beim elektrischen Strom eine Ladungsausgleich zu bewirken, braucht es eben den STROMKREIS!. Den gibt es aber in deinem Aufbau nicht. Gruß Öletronika
Naja. Es gibt diese "Warum"-Fragen und jene "Warum"-Fragen. Der Mechanismus, d.h. die kausalen oder koinzidierenden Zusammenhänge in solch einem Fall sind an sich klar, erklärbar und auch leicht nachvollziehbar, da noch mit Modellen anschaulich zu machen. Aber warum das nun so und nicht anders ist, ist keine physikalische Frage und kann daher nicht in diesen Begriffen beantwortet werden. Wenn man nun die Erklärung der ersten Art zwar anhört und zu erkennen gibt, dass man sie versteht, dennoch aber weiter nach dem "Warum" fragt, wo die Physik nur sagen, dass es sich so und so verhält und nicht anders, dann bringt man nicht nur Physikprofessoren aus der Fassung. Das ist keine Leistung, sondern dem Unverständnis für die Bedeutung von naturwissenschaftlichen Aussagen geschuldet.
Wenn du das verstehen möchtest musst du zunächst verstehen wir eine Batterie funktioniert. An den Elektroden stellt sich ein elektrochemisches Gleichgewicht ein. Sobald das elektrische Feld, also die Aufladung der Elektroden betragsgleich mit dem elektrochemischen Halbzellenpotential ist herrschen ausgeglichene Verhältnisse. Es herrscht erstmal kein Ladungsträgerüberfluss Da diese durch das elektrochemische Potential an die Elektroden 'gebunden' sind. Schließt du den Stromkreis können landungsträger abfließen, die durch zersetzen der Batteriechemie nachgebildet werden
Ich glaube was einem an dieser Frage durcheinander bringt ist der Gedanke dass da zwei Töpfe an den Polen stehen, einer mit zu vielen Elektronen drin und einer mit zu wenigen. Die Materie in der Batterie ist auch im gelandenen Zustand makroskopisch (auf µm-Skala) so gut wie elektrisch neutral. Eine makroskopische Ladungsverschiebung gibt es nur wegen der Kapazität (im Sinne eines Kondensators), die sich auflädt. Man stelle sich also stattdessen mal zwei Kondensatoren vor, die in Reihe geschaltet werden. Wenn du jetzt die positive Platte vom einen mit der negativen vom anderen verbindest, ändert sich gar nichts, weil die Elektronen ja in dem Potentialfeld zwischen den Platten gefangen sind. Spontan zwischen den beiden verbundenen Platten wandern können sie nicht (sie sind ja in dem Feld zwischen den Platten gebunden, d.h. die gegenüberliegende Platte "ihres eigenen" Kondensators zieht sie an), dazu fehlt ihnen die Energie, und deshalb fließt auch kein Strom. Strom fließt erst, wenn du jetzt zum Beispiel die anderen beiden Platten mit einem Widerstand verbindest: dann verringert sich die Feldstärke zwischen den Platten und damit die Tiefe des Potentials, und erlaubt den Elektronen auf den beiden verbundenen Platten sich zu bewegen und zu rekombinieren. Die Situation bei der Batterie ist dieselbe, nur dass diese Kondensatoren von der elektrochemischen Reaktion immer wieder aufgeladen werden, wenn man ihnen Energie entimmt (bis die Batterie eben leer ist).
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Danish B. schrieb: > nimmt man eine beliebige Spannungsquelle ("Batterie"), dann > hat diese einen Pol mit Elektronenüberschuss und einen mit > Elektronenmangel. > > Schaltet man zwei Batterien (polungsrichtig) in Reihe, dann > wird der Pol mit Elektronenmangel der einen Batterie mit > dem Pol des Elektronenüberschusses der anderen Batterie > verbunden. Ahh, sieh an. Ein Jahr ist um, und die Frage kommt wieder... > Obwohl Elektronenmangel und Elektronenüberschuss direkt > verbunden werden, kann kein Ausgleichsstrom fließen, da > kein Stromkreis geschlossen ist. > > Warum? Weil das uebliche anschauliche Bild von "Elektronenmangel" und "Elektronenueberschuss" falsch ist. Elektronen sind keine Sandkoerner am Strand, wo an der einen Stelle ein Haufen und an der anderen eine Grube ist. Die Energie ist primaer im Feld gespeichert. > PS: Mit der Frage konnte ich zwei Physikprofessoren aus > der Fassung bringen... Das waere sehr schlecht und ist fast nicht zu glauben...
Possetitjel schrieb: > Die Energie ist primaer im Feld gespeichert. Die Energie ist überhaupt nur (nicht primär) im Feld gespeichert bei einem Kondensator; bei einer Batterie ist sie natürlich primär im chemischen Potential der Materialien gespeichert.
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zwischen zwei elektrisch verbundenen Elektroden gibt's keinen Potentialunterschied. Also will da auch kein Elektron überwechseln. Und über die nicht verbundenen äuseren Elektroden, die ja einen Potentialunterschied hätten, wollen auch keine Elektronen rüber zur anderen Elektrode, da es keinen Strompfad gibt.
Jens G. schrieb: > zwischen zwei elektrisch verbundenen Elektroden gibt's keinen > Potentialunterschied. Also will da auch kein Elektron überwechseln. Ich finde mit diesem Argument macht man es sich zu einfach, das erklärt nicht wirklich was passiert oder warum. Insbesondere halte ich es für ungeeignet, weil das nur im Gleichgewichtszustand gilt. Diese Argumentationskette könntest du auch anführen, wenn du einen geladenen Kondensator kurzschließt: die Platten sind dann auch leitend verbunden, also gibt es auch keinen Potentialunterschied (falsch, aber selbes Argument wie hier), und es fließt kein Strom.
Danish B. schrieb: > PS: Mit der Frage konnte ich zwei Physikprofessoren aus der Fassung > bringen... glaube ich nicht. Ich bin sicher das auf dumme Fragen manchmal auch keine Antworten gegeben werden.
@ Sven B. (scummos) >Diese >Argumentationskette könntest du auch anführen, wenn du einen geladenen >Kondensator kurzschließt: die Platten sind dann auch leitend verbunden, >also gibt es auch keinen Potentialunterschied (falsch, aber selbes >Argument wie hier), und es fließt kein Strom. Vollkommen anderes Scenario. Wir schließen hier keine Platten kurz, zumal es dabei ja trotzdem kurz zu einem Strom bis zum Ausgleich gibt. Und wenn Du dabei an Supraleiter als Kurzschluß denkst, der die Platten sofort kurzschließen würde: hier hilft die Induktivität, so daß dann doch ein Vorgang begrenzter Geschwindigkeit besteht, und wir dann nicht mit Unendlich oder Null-Werten spekulieren müssen ;-)
Jens G. schrieb: > @ Sven B. (scummos) >>Diese >>Argumentationskette könntest du auch anführen, wenn du einen geladenen >>Kondensator kurzschließt: die Platten sind dann auch leitend verbunden, >>also gibt es auch keinen Potentialunterschied (falsch, aber selbes >>Argument wie hier), und es fließt kein Strom. > > Vollkommen anderes Scenario. Wir schließen hier keine Platten kurz, > zumal es dabei ja trotzdem kurz zu einem Strom bis zum Ausgleich gibt. Nein, es fließt eigentlich kein Strom zum Ausgleich, wo soll der her kommen und was gleicht der aus? Thermodynamik-Holzhammerargument: wenn ein Ausgleichsstrom fließen würde, wäre das ein spontaner Prozess und damit irreversibel, und dann wäre das System, wenn man die beiden Kondensatoren wieder trennt, in einem anderen Zustand als vorher. Das ist nicht der Fall. Also kann kein Ausgleichsstrom fließen. Du schreibst: > zwischen zwei elektrisch verbundenen Elektroden gibt's keinen > Potentialunterschied. Also will da auch kein Elektron überwechseln. Wo ist da das Argument, was irgendwas erklärt oder begründet? Wenn ein Elektron hätte überwechseln wollen, dann würde das durch den von dir formulierten Gleichgewichtszustand "elektrisch verbunden" nicht beschrieben werden. Was du schreibst ist deshalb trivial immer richtig. Die Frage ist doch, warum es keinen Potentialunterschied gibt, also warum der Gleichgewichtszustand direkt zu Anfang erreicht ist. Und die abstrakte Antwort (anschaulich habe ich es oben schon beschrieben) ist, weil die beiden Kondensatoren vor dem Zusammenführen keinerlei definierten Potentialunterschied zueinander haben. Zwei solche Systemen darf man, fast per Definition, genau an einem Punkt leitend verbinden, ohne dass physikalisch irgendetwas passiert (auch kein kurzer Ausgleichstrom), weil das nur eine Eichkonstante festlegt. Eine zweite Verbindung hat dann einen Effekt. Anders ist das nur, wenn eines der Systeme nach außen nicht elektrisch neutral ist, also zum Beispiel statisch aufgeladen. Was das mit dem Supraleiter mit irgendwas zu tun hat was zur Diskussion stand hab ich nicht verstanden ;)
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Sven B. schrieb: >> Vollkommen anderes Scenario. Wir schließen hier keine Platten kurz, >> zumal es dabei ja trotzdem kurz zu einem Strom bis zum Ausgleich gibt. > Nein, es fließt eigentlich kein Strom zum Ausgleich, wo soll der her > kommen und was gleicht der aus? Thermodynamik-Holzhammerargument: wenn > ein Ausgleichsstrom fließen würde, wäre das ein spontaner Prozess und > damit irreversibel, und dann wäre das System, wenn man die beiden > Kondensatoren wieder trennt, in einem anderen Zustand als vorher. Das > ist nicht der Fall. Also kann kein Ausgleichsstrom fließen. Das muss man alles mal Differenzieren. Effekt 1: Ladungsausgleich von Überschussladungen Ein Körper ist, z.B. durch Influenz oder druch ein externes E-Feld aufgeladen. Bringt man zwei unterschiedlich aufgeladene Körper zusammen, fließt ein Ausgleichsstrom der die Ladungen angleicht. Bei Identischen Materialien kann das dann gleiche Ladungsdichte sein, bei unterschiedlichen Materialien können auch Kontaktspannungen entstehen, durch unterschiedliche Fermi-Niveaus die den vollständigen Ladungsausgleich verhindern. Effekt 2: Das elektrochemische Potential einer Batterie, sprich eines galvanischen Elements. Das galvanische Element bestehend aus z.B. Metall und Metallsalz in Lösung versucht ins elektrochemische Gleichgewicht zu gelangen. Auslöser ist der Übergang vom festen Metall der Elektrode in Lösung. Also z.B. Zn -> Zn2+ + 2e-2 Dabei lädt sich die Zinkelektrode negativ auf (Gegenüber der Lösung), es entsteht eine elektrochemische Doppelschicht aus e- im Metall und Zn2+ auf der Metalloberfläche in Lösung. Dieser Prozess endet wenn das elektrische Potential an der Doppelschicht betragsgleich mit dem chemischen Potential ist, dass den Konzentrationsunterschied zwischen Metall und Lösung ausgleichen will. Es herrscht ein Gleichgewicht und die Bildungsrate von Ion und Festmetall an der Grenzschicht ist identisch. Die "Überschussladungen" am Minuspol sind aber keineswegs freie Ladungen sondern sind lokal in der Doppelschicht gebunden, Ihre Ladung ist nach außen hin nicht sichtbar. Der Potentialunterschied der zum Stromfluss führen kann entsteht erst durch die Verbindung mit dem zweiten Pol der Batterie. Minuspol --> Zn [Potentialsprung] Zn2+ im Elektrolyt .....MnO(OH) [Potentialsprung] Mn02 --> Pluspol. Die Beiden Potentialsprünge sorgen für das Nötige E-Feld, dass den Stromfluss ergmöglicht. Es ist NICHT ein lokaler Ladungsüberschuss, wie z.B. auf einem geladenen Kugelkondensator.
Cab_leer schrieb: > Effekt 1: Ladungsausgleich von Überschussladungen > > Ein Körper ist, z.B. durch Influenz oder druch ein externes E-Feld > aufgeladen. Dadurch ist der Körper nicht aufgeladen, die Ladungen in dem Körper sind nur verschoben. > Bringt man zwei unterschiedlich aufgeladene Körper zusammen, > fließt ein Ausgleichsstrom der die Ladungen angleicht. Nein, wenn du zwei Körper mit solchen Ladungsverschiebungen nur leitend verbindest, passiert gar nichts. Du musst tatsächlich Ladungen von dem einen Körper entfernen, um diesen Effekt zu erreichen -- und dann ist die Situation wirklich anders, weil die musst du ja irgendwo hin tun und um die dort hin zu tun brauchst du, abhängig davon wohin genau, Energie. > Bei Identischen > Materialien kann das dann gleiche Ladungsdichte sein, bei > unterschiedlichen Materialien können auch Kontaktspannungen entstehen, > durch unterschiedliche Fermi-Niveaus die den vollständigen > Ladungsausgleich verhindern. Das ist eine interessante Bemerkung, aber die Ladungsverschiebung passiert hier dadurch, dass man die beiden Flächen einander geometrisch annähert. Wenn man nur eine leitende Verbindung herstellt, ohne dass die beiden Flächen einander geometrisch nahe sind, passiert das nicht. > Es ist NICHT ein lokaler Ladungsüberschuss, wie > z.B. auf einem geladenen Kugelkondensator. Der geladene Kugelkondensator ist das erste Beispiel, was tatsächlich "extern" geladen ist ;)
Danish B. schrieb: > PS: Mit der Frage konnte ich zwei Physikprofessoren aus der Fassung > bringen... Das glaube ich nicht.
Ich finde, man muss hier schon klar differenzieren. Gerade das Beispiel mit den Kondensatoren ist schwierig. Wenn man einen Kondensator auflädt, und eine Potentialdifferenz zwischen zwei Platten erzeugt, so baut sich ein elektrisches Feld auf. Dieses Feld speichert die Energie im Kondensator, nicht die verschobenen Elektronen. Die verschobenen Elektronen sind ein Produkt des elektrischen Feldes. Nicht umgekehrt. Nimmt man zwei Kondensatoren, so haben beide für sich genommen ein Potential. Ein Potential definiert sich aber aus einem Bezugspunkt (phi1-phi2). Verbindet man nur je eine Seite der Kondensatoren, so bleibt diese Potentialdifferenz natürlich identisch. Das künstliche Erzeugen eines Fußpunktes ändert nichts daran, dass das Potential IM Kondensator absolut identisch bleibt. Zwischen den beiden Kondensatoren gibt es keine Wechselwirkung (bei räumlich unendlicher trennung). Anders sähe es aus, wenn man je einen Kondensator auflädt, die Platten trennt, und dann je die Platte mit Elektronenüberschuss und die Platte mit Elektronenmangel verbindet. Das liegt aber daran, dass sich das E-Feld dann zwischen den zwei getrennten Platten aufbaut. DANN hat man aber auch eine Potentialdifferenz.
Sven B. schrieb: > Cab_leer schrieb: >> Effekt 1: Ladungsausgleich von Überschussladungen >> >> Ein Körper ist, z.B. durch Influenz oder druch ein externes E-Feld >> aufgeladen. > Dadurch ist der Körper nicht aufgeladen, die Ladungen in dem Körper sind > nur verschoben. > >> Bringt man zwei unterschiedlich aufgeladene Körper zusammen, >> fließt ein Ausgleichsstrom der die Ladungen angleicht. > Nein, wenn du zwei Körper mit solchen Ladungsverschiebungen nur leitend > verbindest, passiert gar nichts. Du musst tatsächlich Ladungen von dem > einen Körper entfernen, um diesen Effekt zu erreichen -- und dann ist > die Situation wirklich anders, weil die musst du ja irgendwo hin tun und > um die dort hin zu tun brauchst du, abhängig davon wohin genau, Energie Ich habe mich da vielleicht ungeschickt ausgedrückt. Ich rede nicht von Ladungsverschiebung sondern von tatsächlicher Nettoladung. Sven B. schrieb: >> Bei Identischen >> Materialien kann das dann gleiche Ladungsdichte sein, bei >> unterschiedlichen Materialien können auch Kontaktspannungen entstehen, >> durch unterschiedliche Fermi-Niveaus die den vollständigen >> Ladungsausgleich verhindern. > Das ist eine interessante Bemerkung, aber die Ladungsverschiebung > passiert hier dadurch, dass man die beiden Flächen einander geometrisch > annähert. Wenn man nur eine leitende Verbindung herstellt, ohne dass > die beiden Flächen einander geometrisch nahe sind, passiert das nicht. Auch hier gilt wieder, ich spreche von Nettoladungen. Also z.B. das Berühren zweier Kugelkondensatoren. Sobald sie leitend verbunden Sind oder der "Funke überspringen kann" gleicht sich die Ladung an und der Potentialunterschied aus. Allerdings nur soweit bis das Sytem im gleichgewicht steht. Das Gleichgewicht muss aber nicht zwingend identische Ladung heissen. Für die Frage des TO ist es aber irrelevant weil die Batterie, wie gesagt nicht auf physikalisch getrennten Ladungen beruht sondern auf dem Potentialunterschied der elektrochemischen Doppelschicht.
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