Ladung im Kondensator

[Georgi]

Hallo spaceball,

die Ladungen werden verschoben. Wenn Du in dem Applet die neutrale Kugel (nach Reset) zum Pluspul führst, dann werden negative Ladungsträger von der Kugel abgezogen und zum Minuspol transportiert, bis wieder ein Kräftegleichgewicht hergestellt ist.

Es entsteht eine Kraftwirkung (elektrisches Feld) zwischen der Kugel und dem Minuspol. Würden die Feldlinien mit dargestellt, könnte man das gut sehen.

Gruß


Georgi

[spaceball]

hmm...aber der minus poll hat doch keinen drang negative ladungen aufzunehmen!

[Georgi]

Hallo spaceball,

wenn dem so wäre, dann gäbe es keinen Minuspol.

Du mußt Dir das so vorstellen:

Der Generator wirkt wie eine Pumpe, die Ladungsträger in eine Richtung pumpt. So lange der Stromkreis nicht geschlossen (der Wasserhahn zu ist) wird, baut sich ein Druck (Spannung) auf. Auf einer Seite der Pumpe hat man einen Wasserüberschuß (negative Ladungsträger), auf der anderen hat man Wassermangel (positive Ladung).

Ich weiß, daß das Beispiel hinkt, aber vielleicht hilft es eine Vorstellung zu entwickeln?


Gruß

Georgi

[spaceball]

noch eine frage zum applet:
wenn ich jetzt eine metallkugel am pluspol auflade, wird ihr von dem pol elektronen entzogen. diese wandern aber nicht zum - pol oder?

[Georgi]

Hallo spaceball,

ich versuchs noch mal mit dem Beispiel mit der Pumpe.

Stell Dir mal vor, das Saugrohr der Pumpe hängt in einem halbvollen Eimer. Die Pumpe läuft und drückt gegen einen geschlossenen Wasserhahn. Es wird soviel Wasser auf die Druckseite der Pumpe gefördert, bis sich ein Kräftegleichgewicht (Druck der Pumpe = Gegendruck im Rohr) einstellt.

Jetzt schüttest Du den Eimer voll. Es wird wohl eine geringe Menge Wasser (nicht alles, was Du einfüllst) auf die Druckseite gepumpt werden.

So in etwa muß man sich das mit den Ladungsträgern auch vorstellen.


Gruß

Georgi

[spaceball]

aha...abe nehmen wir an, wir halten eine metallkugel gegen den minus pol--->wird negativ geladen
aber im selben moment werden wieder so viele elektronen wie entzogen wurden, zum minuspol hinzugefügt (also im - pol bleibt die zahl der e- gleich)!
meine frage: von wo kommen diese elektronen her? vom pluspol? dort haben wir (mal angenommen) keine valenzelektronen mehr!

[Georgi]

Hallo Spaceball,

bei dem angefügten Beispiel geht es mir weniger um die Geschwindigkeit mit der sich die Elektronen bewegen, als um die Anzahl der Elektronen, die zur Leitung beitragen.


Beispiel2:

Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Elektronen im Mittel durch einen Kupferleitung mit dem Querschnitt von 1mm² wenn ein Gleichstrom von 12.82A fliesst und etwa 8 ·10^28 Elektronen pro m³ zum Stromfluss beitragen?

Lösung: Driftgeschwindigkeit der Elektronen v-= 1 mm/sec


In einem m³ befinden sich 8x10^28 Elektronen die zum Stromfluß beitragen.

also

80.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Elektronen

von diesen unvorstellbar vielen Elektronen werden bei Deinem Beispiel eine relativ kleine Anzahl auf die Metallkugel verschoben, was natürlich bewirkt, daß einige Elektronen vom Pluspol abgezogen werden. Daß überhaupt keine mehr am Pluspol sein sollen, wie Du angemerkt hast, ist angesichts der riesigen Zahl undenkbar.


Gruß


Georgi

Vielleicht ist ja jemand im Forum, dem besser verständliche Erklärungen zu spaceballs Fragen einfallen!

[spaceball]

verstehe! also werden die e- vom pluspol auf den minuspol verlagert, um die ladungen wieder auszugleichen. die ladung wird dabei aber immer weniger, weil ja ein teil auf die kugel übertragen wird, oder?
<edit>wie ist das bei der batterie, bzw. Netzteil? werden da e- nachgeliefert, so dass die gesamte ladung immer gleich bleibt? denn sonst wär ja irgendwann einmal die gesamte ladung 0!

[Georgi]

Hallo spaceball,

daß ich nicht antworte, liegt einfach daran, daß mir keine gescheite Erklärung einfällt. Außerdem bin ich kein Chemiker und kann Dir die Abläufe bei Batterien und Akkus nicht erklären. Ich habe aber in irgend einem Forum links zu guten Erklärungen bzgl Batterien gefunden. Such doch mal hier oder im electronic-Forum (kann auch bei der Steckdose gewesen sein).


Gruß

Georgi

[Michael Senghaas]

verstehe! also werden die e- vom pluspol auf den minuspol verlagert, um die ladungen wieder auszugleichen. die ladung wird dabei aber immer weniger, weil ja ein teil auf die kugel übertragen wird, oder?
<edit>wie ist das bei der batterie, bzw. Netzteil? werden da e- nachgeliefert, so dass die gesamte ladung immer gleich bleibt? denn sonst wär ja irgendwann einmal die gesamte ladung 0!

Hei Spaceball,

ich kenne Deine Kondensatorfragen bereits aus einem anderen Forum, das zur Zeit leider Pause macht.

Zu Deiner hiesigen Frage:

Eine Spannungsquelle verschiebt Elektronen von ihrem Pluspol zu ihrem Minuspol. Auf diese Weise erhält sie die elektrische Spannung zwischen ihren beiden Polen aufrecht. Das genannte Applet zur Induktion habe ich mir auch angeschaut. Es ist sehr schön, verheimlicht allerdings, was die Spannungsquelle macht. (Ist ja auch nicht sein Thema.)
Wenn nun eine Metallkugel an den Minuspol der Quelle gebracht wird, schiebt die Quelle Elektronen auf diese Kugel, die sie allerdings zuvor dem Pluspol (und allem, was an diesen angeschlossen ist) entzieht. Dabei lädt sich der Pluspol bzw. was auch immer an diesen angeschlossen ist, positiv auf, weil dort jetzt weniger Elektronen sind als zuvor.

Übrigens noch eine Anmerkung zu einer vorhergehenden Antwort:
"Löcher" gibt es nur im Halbleiter, nicht im Metall. Es handelt sich dabei um eine lokale Stelle, an der ein Elektron fehlt. Diese Stelle wandert, indem von woanders her ein Elektron dort hineinspringt, das danach dort fehtl, von wo es herkommt. Dann ist das Loch dorthin gewandert. Im Metall gibt es keine lokalen Ladungsfehlstellen, dort sind die vorhandenen Elektronen einfach nur gleichmäßig verteilt und wuseln durcheinander. Entnimmt man dem Metall als ganzes einige davon, so verteilen sich die restlichen wieder gleichmäßig.


Anmerkung zu meiner Antwort:
Ich sage hier nur, was die Spannungsquelle macht, nicht wie sie es macht. Diese Fragen wären entweder von der Chemie zu beantworten, wenn es um Batterien oder Akkumulatoren geht.
Oder die Antwort ist in der Physik/Elektrizitätslehre zu finden, wenn es um Netzteile (Transformatoren) geht und weiterhin in der Elektronik/Schaltungstechnik wenn Du wissen willst, wie aus der Wechselspannung des Trafos Gleichspannung gemacht wird. (Dazu dienen übrigens - neben weiteren anderen Bauteilen - auch Kondensatoren.)


Zu letzten, mir bekannten Frage im anderen Forum:
sinngemäß: "Was denn wäre, wenn man nur eine Platte des Kondensators an einen Pol der Spannungsquelle anschließt..."
Das hast Du ja hier schon diskutiert. Trotzdem nochmal: Auch diese eine Platte lädt sich auf, jedoch viel weniger, als sie würde, wenn auch die andere angeschlossen wäre. Die Kapazität dieser Anordnung ist recht klein, typischer Weise im pF (Picofarad=10 hoch minus 12 Farad)-Bereich.


Sorry an alle, die sich daran stören, dass ich hier so viel schreibe. Man könnte ja auch einfach sagen: "Junge, ließ doch einfach 'mal ein Lehrbuch." Mir kommt die Art und Weise, auf die Spaceball denkt sehr bekannt vor. So ging es mir in meinder Schulzeit ebenfalls (damals gab's noch kein Internet für jedermann) und ich habe auch versucht, mit jedem darüber zu diskutieren, der dafür in Frage kam. Das waren leider nicht viele Personen. In Lehrbüchern stehen solche Gedanken, die man sich zwangsläufig macht, wenn man etwas wirklich verstehen will, in der Regel nicht 'drin.


Gruß, Michael

[spaceball]

puhh, danke für die ausführliche antwort!

Dabei lädt sich der Pluspol bzw. was auch immer an diesen angeschlossen ist, positiv auf, weil dort jetzt weniger Elektronen sind als zuvor.

wenn der plus pol positiver wird, müsste sich ja auch die spg ändern? und wenn man dann die platte, die man an den - pol angeschloßen hat weggibt, gleichen sich die ladungen auf beiden polen wieder aus, oder wird die gleiche anzahl von elektronen wie vor dem anschließen der platte, wiederhergestellt? wenn ja, von wo kommen diese elektronen:?:

das mit den büchern stimmt leider, da stehen meistens nur die formeln drinnen und mehr nicht!

edit: wenn ein körper elektrisch neutral ist, was heißt das dann? ich weiß, dass dann genausoviel + ladungen wie - ladungen vorhanden sind, aber dann dürfte er ja nicht von einem geladenen körper beeinflusst werden (was er aber wird), oder?

noch mal danke!

spaceball

[Michael Senghaas]

wenn der plus pol positiver wird, müsste sich ja auch die spg ändern?

Achtung! An dieser Stelle kommt es genau auf die Definition des Begriffs "Quelle" an. Was ist eine (ideale) Spannungsquelle?
Das ist eine gedachte Vorrichtung (gibt's in Wirklichkeit nicht, nur näherungsweise und in einem eingeschränkten Betriebsbereich) mit zwei Anschlüssen, zwischen denen immer (was auch immer man daran anschließt) die selbe Spannung herrscht. In der wirklichen Welt kommt dem ein elektronisch stabilisiertes Netzteil am nächsten.
Was heißt das nun in Bezug auf Deine Frage? Das heißt, dass die Spannungsquelle die Zahl der Ladungsträger an ihren Polen so ausregelt, dass zwischen ihren Polen eben immer die selbe Spannung herrscht.
Dass dies nur ein Gedankengebilde sein kann, wird einem spätestens dann klar, wenn man sich überlegt, was passiert, wenn man diese Quelle mit einem idealen Leiter (Null Ohm), den es übrigens ebenfalls nicht gibt, kurzschließt. Dann müßte ein unendlich großer Strom fließen, was nicht geht.

und wenn man dann die platte, die man an den - pol angeschloßen hat weggibt, gleichen sich die ladungen auf beiden polen wieder aus, oder wird die gleiche anzahl von elektronen wie vor dem anschließen der platte, wiederhergestellt? wenn ja, von wo kommen diese elektronen:?:

Ich verstehe diese Frage jetzt nicht genau. Ich möchte nur noch einmal sagen: Die Spannungsquelle gibt am Minuspol nur soviele Elektronen heraus, wie sie am Pluspol einsammelt. Wenn sie dort keine einsammeln kann, gibt sie auf der anderen Seite auch keine heraus.

wenn ein körper elektrisch neutral ist, was heißt das dann? ich weiß, dass dann genausoviel + ladungen wie - ladungen vorhanden sind, aber dann dürfte er ja nicht von einem geladenen körper beeinflusst werden (was er aber wird), oder?

Die Bausteine, aus denen alles um uns herum besteht, enthalten elektrische Ladungen. Im elektrisch neutralen Zustand enthält ein Körper genauso viele positive wie negative Ladungsträger. Dabei befinden sich die positiven Ladungsträger in den Atomkernen (Protonen), die negativen Ladungsträger sind die Elektronen, die sich um die Atomkerne herum aufhalten.
Was mit einem neutralen Körper passiert, wenn er in ein elektrisches Feld gebracht wird, hängt davon ab, aus welchem Stoff er besteht:

Metall
Ist es ein elektrisch leitender Körper (z.B. ein Metall), dann sind in ihm bewegliche Ladungsträger vorhanden, welche sich unter dem Einfluß des elektischen Feldes verschieben. Befindet sich der Körper zwischen zwei geladenen Platten, Pluspol rechts, dann werden die elektronen nach rechts gezogen. Am rechten Rand des Körpers versammeln sich Elektronen, am linken Rand herscht Mangel an Elektronen, dort bleiben die positiv geladenen Atomrümpfe (Ionen) allein zurück.
Dieser Vorgang heißt Influenz (=Einfluß oder Beeinflussung), es gibt einen schönen Versuch dazu:
Ein metallischer Körper der aus zwei Hälften zusammengesetzt ist (die einander berühren) wird in ein elekrisches Feld gebracht, so dass die Elektronen in die eine Hälfte wandern und in der anderen Hälte die positiven Ionen zurückbleiben. Nun trennt man die beiden Hälften. Schaltet man danach das äußere elektrische Feld ab, so sind die beiden Metallhälften immer noch geladen. Bringt man sie zusammen, fließt ein Ausgleichsstrom (Kann bei höheren Spannungen auch blitzen).

Isolator
atomar
Auch die Ladungsträger, aus denen ein Isolator besteht, erfahren im elektrischen Feld Kräfte und werden so weit es geht verschoben. Nur geht es hier eben nicht so weit wie in einem Leiter.
In einem Isolator, der aus einzelnen Atomen besteht, würden die Elektronen der einzelnen Atome sich etwas mehr in Richtung des Pluspols verlagern, die Atomkerne dagegen etwas in Richtung Minuspol. Ein Atom im elektrischen Feld auseinanderzureissen gelingt unter alltäglichen und Laborbedingungen nicht, dazu wären gigantische Feldstärken nötig.

polare Moleküle
Besteht der Isolator z.B. aus polaren Molekülen (wie z.B. Wasser), das heißt aus Molekülen mit einem positiv und einem negativ geladenen Ende, dann richten sich diese im elektrischen Feld entsprechend aus: Die negativen Enden zeigen in Richtung Pluspol, die positiven Enden in Richtung Minuspol.

Ionenverbindung
Bringt man einen Salzkristall (bestehend aus positiv und negativ geladenen Ionen) ins elektrische Feld, so verschieben sich die Ionen etwas von ihrer Ruhestellung, verlassen ihre Plätze jedoch nicht.


Wenn Du Dich für solche Dinge Interessierst, solltest Du dringend einen Blick in ein Chemiebuch werfen. Hier findest Du Antworten auf Fragen wie: Warum leiten manche Stoffe und andere nicht, warum sind manche Stoffe bei Zimmertemperatur fest, andere Flüssig oder Gasförmig, warum sind manche Stoffe elastisch, andere hart und spröde und anderes mehr.

Gruß, Michael

[vorschlaghammer]

ich glaub sie steckt im elektrischen Feld zwischen den Platten die energie die du reinsteckst wird in elektrische feld umgewandelt und wenn du die quelle weggibst und ein widerstand stattdesen anhängst wird das elektrische feld umgewandelt

[spaceball]

aber was sagt uns der zustand neutral jetzt, außer dass gleich viel protonen wie elektronen vorhanden sind? die ladungen gleichen sich ja nicht aus, sondern sind gleich groß!

[Michael Senghaas]

Doch, die Ladungen gleichen sich aus. Wie machen sie das? Wie wirkt überhaupt eine Ladung auf ihre Umwelt?
Stell Dir eine einzelne positive Ladung im Raum vor. Sie ist umgeben von einem elektrischen Feld (das sie selbst erzeugt). In diesem Feld erfährt jede andere elektrische Ladung eine Kraft, auf die ursprüngliche Ladung zu, wenn es eine negative bzw. von ihr weg, wenn es eine positive Ladung ist. So wirkt eine einzige Ladung im Raum. Was passiert nun, wenn wir eine gleich große aber negative Ladung daneben stellen? Eine andere (dritte) Ladung erfährt eine resultierende Kraft durch die beiden Ladungen. Von der einen eine anziehende, von der anderen eine abstoßende Kraft. Wenn wir uns mit unserer Probeladung weit weg von den beiden Ladungen im Raum befinden, dann haben die beiden (anziehende und abstoßende) Kräfte etwa den gleichen Betrag aber entgegengesetzte Richtungen. Das heißt nichts anderes als dass sie sich gegenseitig fast aufheben. Befindet sich nun die Probeladung in makroskopischem Abstand (das heißt z.B. einige cm) von den beiden Ladungen entfernt, während die beiden Ladungen etwa soweit voneinander entfernt sind wie Proton und Elektron in einem Atom, so heben sie sich soweit auf, dass kein Effekt mehr messbar ist. In einem makroskopischen Körper von der Masse einiger Gramm befinden sich mehrere 10 hoch 23 Protonen und Elektronen so dicht beieinander, dass die elektrischen Felder, die sie alle erzeugen, einander aufheben. Das heißt, sie heben sich von außen gesehen soweit auf, dass nichts messbar ist. Wärest Du ein Elektron, das sich in diesem Körper befindet, würdest Du durchaus eine deutliche Kraft erfahren, die Deine Bewegungsabläufe deutlich beeinflußt. Ein Elektron weit außerhalb des Körpers "sieht" jedoch keine nennenswerte Kraft.

Frage beantwortet?

Gruß Michael