Gibt es Magnetfelder wirklich?

[Hawkwind]

Zitat von JoAx

Hallo RoKo!

Gruss, Johann

Es ist die Frage, was man unter der "Geschwindigkeit des Stroms" versteht.
Legst du eine Spannung an einen Leiter an, so baut sich mit der Grenzgeschwindigkeit c über den Leiter ein elektrisches Feld auf, welches dann eine Kraft auf die Ladungsträger ausübt, die sich selbst aber weit langsamer bewegen.
D.h., der Strom pflanzt sich mit c fort, obwohl seine Ladungsträger i.a. (mit der Ausnahme von Teilchenbeschleunigern) viel langsamer sind.

[JoAx]

Zitat von Hawkwind

Es ist die Frage, was man unter der "Geschwindigkeit des Stroms" versteht.
Legst du eine Spannung an einen Leiter an, so baut sich mit der Grenzgeschwindigkeit c über den Leiter ein elektrisches Feld auf, welches dann eine Kraft auf die Ladungsträger ausübt, die sich selbst aber weit langsamer bewegen.
D.h., der Strom pflanzt sich mit c fort, obwohl seine Ladungsträger i.a. (mit der Ausnahme von Teilchenbeschleunigern) viel langsamer sind.

So verstehe ich das auch, Hawkwind!

Deswegen habe ich auch die Spannung in's Spiel gebracht.
Die Geschwindigkeit, mit der sich die Spannung im Netz ausbreitet ist ja nicht mit der Geschwindigkeit des el. Stroms gleich zu setzten. imho Insofern ist die Überlegung, dass die Stromgeschwindigkeit dadurch gemessen werden kann, dass man die Zeit zwischen An-Schalter-Betätigung und Angehen der Glühbirne stoppt, auch nicht richtig.

Das Zusammenspiel von Spannung und Stromstärke ist ja an sich nicht trivial, so viel ich mich erinnern kann. Zumindestens bei Wechselstrom kann es seher hohe Spannungen aber relativ geringe Stromstärken geben, und umgekehrt.

Auch tödlich ist nicht die Spannung (Potentialdifferenz), die zwischen zwei Punkten anliegt, sondern der Strom (Stromstärke), die da "fliesst".

(?)

Vlt. ist das der Punkt!? RoKo, verstehst du unter Stromgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der sich die Spannung ausbreitet? Ich tue es nähmlich nicht. Und ich fände es, so auf Anhieb, auch nicht wirklich richtig.


Gruss, Johann

[EMI]

Zitat von Hawkwind

D.h., der Strom pflanzt sich mit c fort, obwohl seine Ladungsträger i.a. (mit der Ausnahme von Teilchenbeschleunigern) viel langsamer sind.

Viel langsamer ist gut Hawkwind,

bleiben wir mal bei meinen obigen Beispiel von I=1A, mit Kupferdraht A=1 mm².
Da ergab die Driftgeschwindigkeit der Elektronen 0,073 mm/s = 7,3*10^-5 m/s. Mit c rund 3*10^8 m/s folgt das die Elektronen selbst:
4000000000000 mal langsamer sind wie c.

Gruß EMI

[Hawkwind]

Zitat von EMI

Viel langsamer ist gut Hawkwind,

bleiben wir mal bei meinen obigen Beispiel von I=1A, mit Kupferdraht A=1 mm².
Da ergab die Driftgeschwindigkeit der Elektronen 0,073 mm/s = 7,3*10^-5 m/s. Mit c rund 3*10^8 m/s folgt das die Elektronen selbst:
4000000000000 mal langsamer sind wie c.

Gruß EMI

Das könnte schon so passen, wie du sagst, EMI. Die Temperatur spielt auch noch eine gewisse Rolle: je wärmer, desto höher die Brownsche Bewegung im Leiter und desto mehr Stöße der Ladungsträger, was auch wiederum bremst.

[RoKo]

Hallo JoAx

Zitat von JoAx

Irgendwie verstehe ich nur Bahnhof gerade.
...
Bitte lieber später, dafür aber ausführlicher. Denn im Moment erschliesst sich mir überhaupt nicht, worauf du hinaus willst.

Was Ich, und im allgemeinen Sprachgebrauch eigentlich jeder E-Techniker, unter der Geschwindigkeit des elektrischen Stromes versteht, hat Hawkwind hinreichend geklärt. (Deine Aufassung, die Spannung breite sich aus, ist hingegen nicht ganz korrekt; die Spannung fällt längs des Leiters ab.)

Zitat von Hawkwind
Es ist die Frage, was man unter der "Geschwindigkeit des Stroms" versteht.
Legst du eine Spannung an einen Leiter an, so baut sich mit der Grenzgeschwindigkeit c über den Leiter ein elektrisches Feld auf, welches dann eine Kraft auf die Ladungsträger ausübt, die sich selbst aber weit langsamer bewegen.
D.h., der Strom pflanzt sich mit c fort, obwohl seine Ladungsträger i.a. (mit der Ausnahme von Teilchenbeschleunigern) viel langsamer sind.

Zur Verdeutlichung ein Gedankenexperiment:

Ich nehme eine Kaskade von Batterien, um hinreichend Spannung für einen Strom von 1 Ampere zu haben, einen einstellbaren Vorwiderstand, einen Normdraht mit A=1mm2 und einer Länge von 300.000 km, einen Schalter und ein Amperemeter. Das Ganze schliesse ich zu einem Stromkreis zusammen.

Wenn ich den Schalter umgelegt ( und meinen Vorwiderstand richtig eingestellt ) habe, dann wird das Amperemeter nach ca. einer Sekunde seinen Zeiger auf die Marke 1 bewegen. Deshalb der Sprachgebrauch von der Geschwindigkeit des elektrischen Stroms.

Diese Geschwindigkeit darf nicht mit der Geschwindigkeit der Elektronen im Kupferdraht, also der Geschwindigkeit einzelner Elementarladungen verwechselt werden. Da liegt EMI völlig richtig:

Zitat von EMI bleiben wir mal bei meinen obigen Beispiel von I=1A, mit Kupferdraht A=1 mm².
Da ergab die Driftgeschwindigkeit der Elektronen 0,073 mm/s = 7,3*10^-5 m/s. Mit c rund 3*10^8 m/s folgt das die Elektronen selbst:
4000000000000 mal langsamer sind wie c.

Betrachten wir das Gedankenexperiment noch etwas genauer:

Die Batterie ist eine Ansammlung von Ladungsdifferenzen; d.h. x positive Ladung(en) am Pluspol und x negative am Minuspol. Die Anzahl der Ladungsdifferenzen der Batterie ist ihre Ladungskapazität, die sinnigerweise nicht als Anzahl der enthaltenen Elementarladungen, sondern in Amperestunden angegeben ist. Die Angabe 50Ah bedeutet, dass wir unser Gedankenexperiment 50 Stunden lang betreiben können, dann ist die Batterie "leer"; d.h. die Ladungsdifferenzen sind aufgehoben und müssen durch "aufladen" wieder chemisch getrennt werden.

Zwischen ungleichnamigen Ladungen existiert stets ein elektrisches Feld. Die sich zu denkenden Feldlinien dieses E-Feldes geben immer den kürzesten Erfolg versprechenden Weg an, auf dem die Ladungsdifferenz aufgehoben werden kann. Nach Umlegen des Schalters versammeln sich fast alle Feldlinien in unserem 300.000 km langen Draht, weil dieser Umweg mehr Erfolg verspricht, als der Luftweg zwischen den beiden Polen. Das Feld breitet sich mit c aus; der Strom folgt dem Feld instantan. (Einschwingvorgänge werden hier vernachlässigt.)

Damit kommen wir nun endlich zum Thema:

Ein stromdurchflossener Leiter induziert ein magnetisches Wirbelfeld. Strittig ist hier die genaue Ursache.
- Sind es die bewegten Ladungen (Elektronen) im Leiter oder
- ist es der elektrische Strom (genauer: Stromdichte) ?

Die Theorie - 1.Maxwellsche Gleichung sagt: (rot B = u*j + u*€*part.diff E)
j meint hier die Stromdichte; der zweite Term betrifft uns hier nicht.

Ich sehe hier die Theorie auf meiner Seite.

Auch hier wäre eine Begründung wünschenswert.

Ich hoffe, ich war verständlich genug,

denn

Wie soll man jetzt das verstehen? Weil beim An-/Ausschalten Spannungsspitzen entstehen, und dazwischen diese nicht gibt, "fliesst" da auch nichts? Warum entlädt sich eine Battarie?

das hast du missverstanden. Nur beim Ein- und Ausschalten sehe ich in o.a. Gedankenexperiment am Amperemeter eine Änderung; während des Versuchs steht der Zeiger konstant auf 1A. Bei konstantem Gleichstrom kann man die Geschwindigkeit des Stroms nur so messen. Was anderes wäre es,wenn man ein Signal oder einen Impuls aufmoduliert.

[eigenvector]

Zitat von RoKo

Strittig ist hier die genaue Ursache.
- Sind es die bewegten Ladungen (Elektronen) im Leiter oder
- ist es der elektrische Strom (genauer: Stromdichte) ?

Da ist nichts strittig.
Strom ist bewegte Ladung, per Definition.
Eine andere gibt es nicht, das steht nicht zur Diskussion.

[JoAx]

Hallo RoKo!

Damit

Zitat von RoKo

Was Ich, und im allgemeinen Sprachgebrauch eigentlich jeder E-Techniker,

hätten wir die Ursache des Missverständnisses (?) gefunden.

Ich sehe das alles wohl theoretischer, als du oder jeder andere E-Techniker das tut. In der Angewandten E-Technik ist die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger verständlicherweise nahe zu, bis vollkommen irrelevant. Da aber der Begriff Geschwindigkeit zu tiefst physikalisch ist, bietet sich natürlich an, diesen auch zu verwenden. Die Frage ist nur - Wie? Diese Frage ist jetzt beantwortet.

Ich will jetzt keinen Streit darüber, ob diese Verwendung mehr oder weniger sinnvoll ist, denn es ist nur eine Definition, auf die ich zumindestens hin und wieder werde Rücksicht nehmen müssen und können. Das Selbe könntest du aber auch (hin und wieder) tun. Und das will ich versuchen zu begründen.

Ich fange Mal mit der Richtung des Stroms an:

Zitat von http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0110203.htm

Stromrichtung Die Stromrichtung wird in Schaltungen mit einem Pfeil angezeigt. Aufgrund unterschiedlicher wissenschaftlicher Annahmen und Erkenntnisse sind zwei Stromrichtungen definiert.

Technische Stromrichtung
(historische Stromrichtung)



Physikalische Stromrichtung
(Elektronenstromrichtung)


Bevor man die Vorgänge in Atomen und den Zusammenhang der Elektronen kannte, nahm man an, dass in Metallen positive Ladungsträger für den Stromfluss verantwortlich waren. Demnach sollte der Strom vom positiven Pol zum negativen Pol fließen. Die Verwendung eines Messgeräts zur Strommessung lässt auch diesen Schluss zu. Obwohl die damalige Annahme widerlegt wurde, hat man die ursprüngliche (historische) Stromrichtung aus praktischen Gründen beibehalten:
Deshalb wird die Stromrichtung innerhalb einer Schaltung auch heute noch von Plus nach Minus definiert. In einem geschlossenen Stromkreis werden freie Ladungsträger (Elektronen) vom negativen Pol abgestoßen und vom positiven Pol angezogen. Dadurch entsteht ein Elektronenstrom vom negativen Pol zum positiven Pol. Diese Stromrichtung ist die physikalische Stromrichtung, die auch Elektronenstromrichtung genannt wird.

Wie man sieht, wäre das nicht der erste Fall, wo man mit unterschiedlichen Definitionen zurecht kommen muss.

Des Weiteren hast du argumentiert, dass bei Wechselstrom die Bedeutung der Stromgeschwindigkeit deutlich wird. Dieses will ich nun für mich nutzen.
Gerade weil es bei Gleichstrom keinen Sinn macht, von der Stromgeschwindigkeit in "deinem" Sinne zu sprechen, nachdem sich dieser eingestellt hat, finde ich es unzutreffend und irreführend, die Stromgeschwindigkeit so zu definieren.

Zitat von RoKo

Damit kommen wir nun endlich zum Thema:

Ein stromdurchflossener Leiter induziert ein magnetisches Wirbelfeld. Strittig ist hier die genaue Ursache.
- Sind es die bewegten Ladungen (Elektronen) im Leiter oder
- ist es der elektrische Strom (genauer: Stromdichte) ?

Die Theorie - 1.Maxwellsche Gleichung sagt: (rot B = u*j + u*€*part.diff E)
j meint hier die Stromdichte; der zweite Term betrifft uns hier nicht.

Ich sehe hier die Theorie auf meiner Seite.

Wie eigenvector es schon schrieb

Zitat von eigenvector

Strom ist bewegte Ladung, per Definition.

Dass die Stromdichte sowohl von der (Drift-) Geschwindigkeit der Ladungsträger als auch deren Anzahl abhängt, ändert nichts daran.

Im Grunde muss man hier zwischen verschiedenen Metaebenen (von denen Knut immr spricht ) unterscheiden.

Zitat von RoKo

(Deine Aufassung, die Spannung breite sich aus, ist hingegen nicht ganz korrekt; die Spannung fällt längs des Leiters ab.)

Dass die Spannung abfällt, widerspricht meiner Aussage darüber, dass diese Zeit braucht, um sich im Stromleiter einzustellen, keines Falls. Schliesslich wird jedes Potential mit dem Abstand zum Verursacher kleiner. Es sei denn, es liegen besondere Umstände vor.

Zitat von RoKo

Ich hoffe, ich war verständlich genug,
denn
...
das hast du missverstanden.

Ja, und ja.


Gruss, Johann

PS: Feuer frei!

[RoKo]

Zitat von eigenvector

Da ist nichts strittig.
Strom ist bewegte Ladung, per Definition.
Eine andere gibt es nicht, das steht nicht zur Diskussion.

Welche Ladung? Die Ladung der Batterie! I=Q/t! Die Batterie wird "leer"; d.h. dort findet der Ladungsausgleich statt. Im Leiter bleibt alles, wie es war. Dies wird besonders deutlich, wenn man zu Wechselstrom übergeht. Den können wir, um obiges Gedankenexperiment nicht zu verlassen, auch mit einer Batterie haben, wenn man einen Wechselrichter dazwischen schaltet. Bei 100 Hz bewegen sich die Leitungselektronen praktisch nicht vom Fleck.

[JoAx]

Zitat von RoKo

Bei 100 Hz bewegen sich die Leitungselektronen praktisch nicht vom Fleck.

Aber die in der Battarie tuen es doch! Oder bewegen sich auch diese nicht vom Fleck?


Guss, Johann

[RoKo]

Zitat von JoAx

Aber die in der Battarie tuen es doch! Oder bewegen sich auch diese nicht vom Fleck?

Die Ladung verringert sich durch den Strom. Mehr sagt die Theorie nicht aus.