1-fache Frage zur Elektrotechnik

[Maverick1977]

Hallo!

Ich hätte folgende Fragen:

1.) Bei einem geschlossenen Stromkreis läuft der Strom vom Minuspol zum Verbraucher (Lampe, Motor, etc.) wieder zurück zum Pluspol der Spannungsquelle. Warum gibt es, wenn man den Verbraucher nicht anschließt, also Minuspol direkt zum Pluspol läuft, einen Kurzschluss? Es erfolgt doch nur ein Ausgleich der Potentialdifferenz, der Elektronenfluss gleicht nur den Elektronenmangel aus?!

2.) Bei einem Akku/Batterie wird durch einen chemischen Prozess Strom "hergestellt". Zwei Materialien reagieren miteinander (Ladungsaustausch) in einem Elektrolyt. Strom wird somit gespeichert. Man spricht von einem galvanischen Element. Findet dieser chemische Prozess statt, wenn man den Akku ladet oder wenn man den Akku an einen Verbraucher anschließt`?

Vielen Dank!

[Määnzerbub]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Hi

1. Ein Kurzschluß heißt eigentlich nur das der Ladungsaustausch eben schlagartig erfolgt, weil kein Verbraucher als Wiederstand fungiert.
und das "sprazelt" halt dann ordentlich

2 der chemische prozess findet beim laden und entladen statt, eben nur umgekehrt.
Beim laden wird energie zugeführt, die beim entladen wieder abgegeben wird.

gruß Määnzerbub

[deep]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Bei einem geschlossenen Stromkreis läuft der Strom vom Minuspol zum Verbraucher (Lampe, Motor, etc.) wieder zurück zum Pluspol der Spannungsquelle.

Hallo Maverick,

Deine Behauptung ist so nicht ganz richtig.

Du meinst bei Deiner Darstellung wahrscheinlich die Elektronen, die von - nach + fließen.
(= physikalische Stromrichtung)

Per Definition fließt aber der Strom in der Elektrotechnik immer vom Pluspol über den Verbraucher zum Minuspol. (= technische Stromrichtung, also quasi der Löcherstrom :-)

Jetzt hab ich Dich wahrscheinlich total verwirrt, oder?


Gruß,
Herbert

[Maverick1977]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

... verwirrt schon etwas. Obwohl ich es schon mal beim Abitur (vor laaaanger Zeit) mal gelernt habe.

Verstanden, warum ohne eine Zwischenschaltung eines Verbrauchers, der Akku beschädigt wird (Kurzschluss) ist mir physikalisch noch nicht klar...

Der Akku würde sich somit selbst entladen oder?!

[philipph]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Hallo,

der Strom ,der fliest und sich fast ausschließlich in Wärme umsetzt, ist meistens so gewaltig, das die Zellen davon zerstört werden. Ich glaube, dass eine vernünftige Hochstromzelle durch den sehr geringen Innenwiederstand einen Kurzschlussstrom von 100A oder mehr liefern kann. Dadurch solte die Problematik deutlich werden.

[deep]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Also:
Nehmen wir an, 100 Ampere fließen (ist realistisch).
Weiter nehmen wir an die Spannung bricht von 1,2 V auf 1 V zusammen (muß nicht mal sein).

Daraus berechnet sich eine Leistung von P=U*I = 100 Watt.
(Hast Du schon mal die Kühlkörper einer 100 Watt Stereoanlage angesehen? Und da wird nur ein kleiner Teil der 100 Watt verbraten.)

Diese 100 Watt werden in der Batterie fast vollständig in Wärme umgesetzt (sofort).

Was jetzt passiert kann man sich denke ich ausmalen, wenn man sich vorstellt, dass der Akku zum großen Teil aus flüssigen Bestandteilen besteht.

Gruß,
Herbert

[deep]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Ich sollte vielleicht noch hinzufügen, dass die Spannung wegen des Innenwiderstandes des Akkus einbricht.

Weiterhin mehmen wir an, dass der Kurzschlußdraht dick genug ist und somit ein vernachlässigbarer Spannungsabsfall an ihm auftritt.

Die Wärme wird somit ausschließlich am Innenwiderstand erzeugt der sich im Beispiel wie folgt berechnet: R= deltaU/I = 0,002 Ohm.


P.S. Die Stromrichtungen kannst Du mir glauben :-)

[Ralf Härle]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

@ deep:

Per Definition fließt aber der Strom in der Elektrotechnik immer vom Pluspol über den Verbraucher zum Minuspol. (= technische Stromrichtung, also quasi der Löcherstrom :-)

P.S. Die Stromrichtungen kannst Du mir glauben :-)

Naja, außer bei Halbleitern gibt es keine Löcherleitung, somit stimmt Deine Bemerkung nur zum Teil...

Gruß Ralf ;-)

[pchubi]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

Hallo,

...wenn man den Verbraucher nicht anschließt...

Das ist kein Kurzschluß, sondern ein geöffneter Stromkreis oder besser gesagt, eine leerlaufende Spannungsquelle.

...Minuspol direkt zum Pluspol läuft, einen Kurzschluss...

Das wäre ein Kurzschluß oder besser gesagt, eine sehr niederohmige Last (das Kabel hat ja i.d.R. auch einen Widerstand).

...erfolgt doch nur ein Ausgleich der Potentialdifferenz, der Elektronenfluss gleicht nur den Elektronenmangel aus...

Die im Akku gespeicherte Ladung bleibt nur dann vollständig erhalten, wenn Du die Pole vollständig voneinander isolierst!

Die Elektronenbewegung ist nicht gleichbedeutend mit der elektischen Ladung, die eigentlich die el. Energie transportiert. Die Elektronen, die in der Leitung fließen, bewegen sich mit Geschwindigkeiten im Bereich um cm pro Sekunde. Der "Strom", wie er im landläufigen Sinn genannt wird (und man meint dabei den Ladungstransport), läuft jedoch bekanntermaßen mit knapp c (Lichtgeschwindigkeit).

Die Potentialdifferenz (U in V Volt) bestimmt, wie viel Ladung (Q in C Coulomb) pro Zeiteinheit (t in s Sekunde) über eine bestimmte Last (R in Ohm) transportiert werden kann. Ladung pro Zeit = Stromstärke (I in A Ampere). (Nebenbei: daher ist Ladung = I * t (in As)). Und die Stromstärke berechnet sich: I = U / R

Wenn Du nun die Potentialdifferenz Deines Akkus, den wir mal für den Moment als ideale Spannungsquelle mit einer Quellenspannung von 1,2 V annehmen, mittels eines idealen Kurzschlußes ausgleichen, also auf 0 V bringen möchtest, würde die gespeicherte Ladung (z.B. 2 Ah = 7200 C), wenn er außerdem eine ideale Spannungsquelle mit Null Innenwiderstand wäre, in Null Zeit durch einen unendlich großen Stromfluß ausgeglichen sein. Auf Deutsch: der Akku wäre sofort leer. (Der dabei auftretende ideale Blitz wäre sicherlich sehenswert 8).)

Zum Glück hat so ein Akku einen Inennwiderstand von ca. 2 mOhm, um den Wert eines Vorredners zu verwenden. Deine Lötstellen und das Kurzschlußkabel, wird, sagen wir 10 mOhm haben. Also sieht die Spannungsquelle eine Last von 12 mOhm. Es fließt also: I = U / R = 1,2 V / (0,012 Ohm) = 100 A. Die 100 A ergeben innerhalb von 72 s die Ladung von 7200 As, was ja unserem 2000er Akku entspricht. (Das ist ebenfalls idealisiert, da der Akku bei so hohen Strömen seine Nennladung nicht abgeben kann.)

Und wegen der Wärme, @deep: der Akku bricht bei 100 A an den Klemmen um U = I * R = 100 A * 0,002 Ohm = 0,2 V zusammen, der Rest der Quellenspannung 1,2 V - 0,2 V = 1 V, steht am Kurzschlußkabel an. Daher leistet das Kabel P = U * I = 1 V * 100 A = 100 W und wird daher so warm, wie eine 100 W-Glühbirne. Im Akku werden (idealisiert) 0,2 V * 100 A = 20 W im Wärme umgesetzt. Hinzu kommt beim Akku allerdings noch ein Anteil an chemischer Wärme, bei solch hohen Stromstärken.

Würdest Du es schaffen, den Kurzschlußdraht noch wesentlich niederohmiger zu machen, z.B. halb so groß, wie den Akku-Innenwiderstand (also 1 mOhm), würde folgendes passieren:
I = U / R = (1,2 V) / ((2 + 1) mOhm) = 400 A
UAkku innen = 400 A * 0,002 Ohm = 0,8 V -> P Akku = 0,8 V * 400 A = 320 W
U Kurzschlußdraht = 400 A * 0,001 Ohm = 0,4 V -> P Kurzschlußdraht = 0,4 V * 400 A = 160 W
Wieviel Leistung am Innenwiderstand umgesetzt wird, wenn Du tatsächlich einen idealisierten Kurzschluß anzulegen imstande bist, kannst Du Dir nun (vielleicht) selbst ausrechnen :-).

Fazit: Akkus immer mit isolierten Polen lagern. Die Selbstentladung führt schon von selbst zu entleerten Akkus ;-)

PS:
Wie herum, Du dir die Stromrichtung denkst ist im Prinzip egal. Die technische Stromrichtung von + nach - ist in einer Zeit definiert worden, als man noch nicht so viel über Elektronenladung wußte. Es würden sich in den Formeln lediglich ein paar Vorzeichen umdrehen.

[Maverick1977]

1-fache Frage zur Elektrotechnik

VIELEN Dank für die ausführlichen Stellungnahmen. Es wurde mir nun einiges klarer!

Werde weiterlesen... ;(