Lieber Koschi and alle anderen ..Ihr seid auch lieb..
Meine versprochene Antwort:
Alles was unter dem Begriff
Transport von Energie gefasst werden kann steckt in dieser Thematik.
Schauen wir einmal, was es mit dem "elektrischen Strom" auf sich hat:
Am Anbeginn steht die Frage: was ist Strom?
Strom ist eine Form der Fortpflanzung elektrischer Energie. Strom ist die Summe aller beteiligten Ladungen. Der Ursprung des Strom, die Quelle, ist ein Generator. Dieser ist im kern nichts anderes als ein zeitlich sich änderndes magnetisches Feld, welches wiederum phasenversetzt ein sich zeitlich sich änderndes elektrisches Feld produziert.
Damit haben wir eine Ansammlung an Ladungen. Schauen wir auf 2 dieser ladungen, erkennen wir, dass sich zwischen diesen ein elektrisches Feld aufbaut. Beschreiben wird dieser Zusamenhang mit dem
Biot-Savart-Laplace Gesetz.
Das gesamte (vorhandene) elektrische Feld setzt isch aus der vektoriellen Summe der Teilfelder zusammen. Verschiebt sich nur 1 Ladung, ändert sich das elektrische Feld.
Das elektrische Feld ist konstant, solange sich die Teilladungen ortsfest manifestieren. Man spricht vom
Elektrostatischen Zustand
Das elektrische Feld ist variabel, wenn auch nur eine Ladung verschoben wird (Änderung des Orts). Man spricht von Verschiebungsladung und von
Elektrodynamischer Zustand
Die sich ergebenden Kräfte lassen sich durch die bekannten Kraftgleichungen F=Fs F=qE beschreiben. Für Ladungen gilt:
- sie kann kompensiert werden
- sie entsteht immer und überall
- sie ist nicht zwangslöäufig ortsfest
- sie kann als Strom- und als Spannungsquelle wirken
- sie tauscht untereinander Wirkung aus, dies wird durch das Coulomb Gesetz beschrieben.
LAdungen stellen Quellen dar und werden durch das Quellengesetz beschreiben:
div E = 4 pi rho. Dies Gesetz ist das Fundament zum Verständnis, dass Ladungen als Strom- bzw. Spannungsquelle wirken können.
Die zeitliche Änderung der Ladungsdichte erzeugt ein mangenitsches Feld, das beschrieben wird mit:
rot H = 1/c (4 pi j + partial D/partial t)
Der erste Term ist das Gesetz von Ampere, der zweite die Erweiterung für zeitlich veränderliche Ladungen.
Das Gesetz von Ohm
Bekannt wurde ohm dadurch, dass er feststellte, der Zusammenhang zwischen dem Spannungsabfall über dem Stromfluss ist eine Konstante. Allgemein gilt das nicht. Allgemein darf dieser Zusammenhang nur in kleinen Schritten betrachtet werden. Das ist z.B. die Aufgabe jeden Simulators f+r elektrische Schaltungen (Lösung der Jacobi DGL).
Energie wird transportiert durch Felder
...nicht durch Strom!! Der Strombegriff ist eine Trivialisierung des Ladungstransports. Das habe ich bereits erklärt (Zusammenwirken elektrischer und magnetischer Felder). Die Energie des elektromagnetischen Felds wird beschreiben mit dem Poynting Vektor, der das vektorielle Kreuzprodukt der elektrischen mit der magneitschen Feldstärke darstellt.
S = c/(4 pi) ExH
Der Formbegriff c/(4 pi) soll hier nicht weiter diskutiert werden, ist nur eine Normung.
Der Poyntingsatz stellt den Energieerhaltungssatz der Elektrodynamik dar. Er beschreibt den zeitlichen Energiedetrag durch ein Flächenelement. Er zeigt (Vektor!) stets in die Ausbreitungsrichtung des Energieflusses.
Wir stellen uns einen Raum vor, der durchflutet wird von einem elektromagnetischen Feld und in dem sich eine
bewegte Ladung befindet. Die Gesamtkraft auf diese Ladung ergibt sich aus der Lorentz Kraftdichte (ohne Herleitung, ohne weiteren Tiefgang, einfach informativ). Es zeigt sich damit, dass auf diese ladung ein mechanischer Impuls übertragen wird. Genau hier sehen wir die Verknüpfung der Mechanik mit der Elektrodynamik.
Es wird kein Strom transportiert, es wird Energie mittels des EM Felds transportiert..
Es lässt sich damit feststellen:
1. Die Geschwindigkeit der Bewegung freier Ladungsträger beträgt nur wenige Zentimeter pro Sekunde. Diese Bewegung ist statistisch verteilt.
2. Der Energietransport wird durch die Wirkung des elektrischen und magentischen Felds gewährleistet.
S 2pi a = E I
S: Poynting Vektor, a Leiterquerschnittsfläche, E elektr. Feld, I resultierender Strom
Die rechte Seite beschreibt die Wärmeentwicklung pro Längeneinheit des Drahtes. Die Energiedichte wird duch den Poyntingvektor beschreiben.
Die Verlustwärme eines verbrauchers wird beschreiben durch:
int (j E dV) = d/dt W_mechanisch
Anders ausgedrückt:
Würden Ladungsträger "wandern"m müssten wir mit eienr Waage einen Gewichtsunterscheid der Leiterbahn (linke Seite, rechte Seite) feststellen, denn Elektronen haben Masse, die Stromstärke ergibt sich aus der Menge der Ladung und damit mutiplizieren wir das Gewicht des Elektrons.
Koschi schrieb:
Licht hat eine Frequenze von 400-789 THz ist das jetzt die Gleiche Frequenze wie die Frequenze die ich z.B. für unser Stromnetz hernehmen (50Hz).
Falls das der Fall ist kann mir jemand erklären wie ich in einer Glühbirne durch die 230V/50Hz fließen auf eine Frequenze von 400-789 THz komme ?
So ist das nicht richtig. Das Licht selber hat eine Wellenlänge. Der Begriff Licht ist hier problematisch, denn wir verwenden den Begriff in aller Regel für das sichtbare Spektrum 350nm bis 750 nm. Diese Wellenlänge wird vom elektrischen System des Drahts nicht berührt, denn die verwendeten Frequenzen sichd deutlich geringer. Solche hohen Frequenzen erzeugen Verdrängungseffekte in einem Leiter. Ich will hier nicht tief darauf eingehen. Dies wird mit dem Begriff "Skin" oder "Oberflächen" Effekt beschreiben. Ebenso verwenden wir zur Leitung sehr hoher Frequenzen Hohlleiter oder Lichtfasern. Das ist ein völlig anderes kapitel und ich weiss, dass Du das auch nicht meinst.
Was Du meinst ist: Wir haben eine 220V Hausleitung, an der ist über einen Schalter eine Glühlampe angeschlossen. Schalter ein: Lampe brennt. Lampe leuchtet...Teraherz.
Dahinter steckt folgendes:
Lichtnetz arbeitet mit 50 Hz Wechselfrequenz. Das ist die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators, die Wechselgeschwindigkeit (Frequenz) des elektromagnetischen Felds. Die Lampe wird damit bedient. Die Energie im Wendeldraht der Lampe ermöglicht es, dass Elektronen im Fadendraht dieser lampe (besonders Material) in einen eketrisch angeregten Zustand (höheres Niveau) angehoben werden. Das ist ein quentenmechanischer Effekt. Nach einer kurzen Verweildauer "fallen" diese wiederum n ihr "normales" Nievau und geben damit die Restenergie in Form einer elektromagnetischen Welle ab. Diese Welle ist "zufällig" (Material!!) im sichbaren Bereich. Durch weitere gasförmige Zusatzstoffe kann der lichtwirksame Effekt zugunsten mhrerer beteiligter Frequenzen (Farben) weiter gezüchtet werden, so dass für unser Auge diverse Farbeffekte enstehen oder ein weiss ähnliches Licht. Und dieser quantenmechanische Prozess ist der, welche Deine Teraherz beinhaltet; nicht das Wechselfeld der Hausleitung!
Kannst du mir dann Erklären warum ein Phasenprüfer mir die Phase anzeigt und nicht auch auch den Nullleiter, Warum ich eine Spannung Messen kann zwischen Phase und der Erde aber nicht zwischen Null und der Erde ?
Das hat mit der Normung der Anlagen zu tun. Diese verlangt, dass ein Leiter
IMMER mit der Erde verbunden ist. Und hier meine ich wirklich unsere Erde. Beim Generator gibt es eine riesig große Erdplatte, die im Grundwasser steckt. Diese bildet die "Schutzerde". Der Rückleiter und die Schutzerde liegen in aller Regel auf gleichem Potenzial. Sollte das nicht der Fall sein, so wird die Schutzerde Sicherung anspringen und die Energiezufuhr unterbrechen.
Also mir geht es darum das der Strom/Spannung nicht einmal nach links und dann wieder nach rechts fließt. Die Elektronen fließen immer schön von der Phase über den Verbraucher zum Ursprung seines herkommens, dem Generator.
Das hat auch nichts mit Saugen und Schieben zu tun.
Es gibt den Begriff "Wechselspannung". Darunter wird ein sich zeitlich änderndes elektromagentisches Feld verstanden, welches den Energiefluss -trivial Strom- in dieser ezitlichen Sequenz zur Verfügung stellt.
Ihr seht wie vorsichtig ich mit dem Begriff "Strom" umgehe. Ich hoffe einigermassen Klärung in diese Fragen gebracht zu haben. Absichtlich habe ich vermieden komplizierte Gleichungen z schreiben. Im übrigen hat das Tom in seinen Antworten, die eben genau diese Zusammenhänge aufzeigen, bereits getan.
Netten Gruß
Wilfried
