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BernhardB(R)

Berlin,
06.06.2012,
09:48

@ Timo

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Hi,

Strom ist eine *geordnete* Elektronenbewegung. Dazu ist ein elektrisches Feld nötig.
Ohne Kondensator, also in einem Stromkreis nur aus Widerstand und Spannungsquelle z.B., wird dieses Feld durch die Spannungsquelle erzeugt. Es wirkt entlang aller Leiter im Stromkreis. Dabei kann es räumlich inhomogen sein (unterschiedliche Spannungsabfälle an Widerstand und Leitern), aber es ist vorhanden und setzt die Elektronen in Bewegung.
Nun probieren wir das gleiche mit einem ungeladenen Kondensator in Reihe zum Widerstand.
Das "Innere" des ungeladenen Kondensators ist im Einschaltmoment feldfrei (die Potenziale beider Platten sind gleich). Das von der Spannungsquelle erzeugte Feld baut sich also im ersten Augenblick ganz genau so auf, wie es das ohne den Kondensator getan hat. Wieder setzen sich die Elektronen in Marsch und laden dabei die Platten auf. Das dabei entstehende Feld im Kondensator wirkt dem außen anliegenden entgegen.

Von nun an... kannst Du Dir den Rest bestimmt selbst erklären.

Gruß
Bernhard

hws(R)

E-Mail

59425 Unna,
06.06.2012,
09:55

@ Timo

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» Bzw. kann es auch sein dass ich ein falschen physikalisches Verständnis
» von Strom und Spannung habe...

Irgendwo VOR dem Ladewiderstand des Kondensators giibt es eine Spannungsquelle, die den Strom in den Kondensator treibt.(bzw die Elektronen wandern lässt)
Ohne Kondensator kannst du an der Stelle eine Spannung messen und wenn du den Kondensator kurzschließt, fließt dort ein Strom.
In jedem Draht fließt auch dann ein Strom, wenn die Spannung über den Draht Null ist - Kurzschluss.

hws

Soso

06.06.2012,
11:47

@ Timo

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Vielleicht hilft es dir, das Ganze dynamisch zu betrachten.

Strom kann durch einen Kondensator nur fließen, wenn die Spannung an ihm sich ÄNDERT. Das ist beim Anlegen von Spannung der Fall und auch beim Entladen. Sei es mit Widerstand, Kurzschluss oder Rückregeln der Spannung.

(Vergleiche: Akkuladen)

Je schneller die SpannungsÄNDERUNG umso größer der Strom.

Und jetzt betrachte eine Sinuskurve: Da ist die SpannungsÄNDERUNG um den Nulldurchgang am schnellsten und wird auf der Kuppe des Sinus zu Null. Kurzes nahezu waagrechtes Stück ohne Spannungsänderung. Also ist der Strom im Nulldurchgang groß und an der Spannungskuppe obwohl ein großer AUGENBLICKSWERT da ist null.

Gehts bergauf fließt strom hinein und gehts bergab fliesst er wieder heraus :-)
Und schon hast du die Phasenverschiebung erklärt.

Timo(R)

BW, Deutschland,
06.06.2012,
12:34
(editiert von Timo
am 06.06.2012 um 13:46)


@ BernhardB

Phasenverschiebung Spannung und Strom

@ Bernhard
Vielen vielen Dank. Das war genau das was ich wissen wollte.

Danke auch an die Anderen für eure Mühe.

//EDIT:
Ich will es noch genauer wissen.
Gibt die Spannung die Stärke des elektrischen Felds an, mit der die Elektronen bewegt werden?
Denn: Wenn das elektrische Feld die Elektronen erst in bewegung setzt, wie können sich die Elektronen dann schon 90° früher Richtung Kondensator bewegen?#
Wenn der Kondensator ungeladen ist, hat dieser ja auch noch kein elektrisches Feld, also wirkt eigentlich kein Feld auf die Elektronen ein, was diese veranlassen würde sich zum Kondensator zu bewegen.

Ich hoffe ich drücke mich klar genug aus :-D

--
Mfg Timo

BernhardB(R)

Berlin,
06.06.2012,
16:57
(editiert von BernhardB
am 06.06.2012 um 17:15)


@ Timo

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Hi,

» Gibt die Spannung die Stärke des elektrischen Felds an, mit der die
» Elektronen bewegt werden?

Spannung und Feldstärke sind zwei verschiedene physikalische Größen.
Aber: Je höher der Potenzialunterschied (die Spannung) zwischen zwei Punkten, desto höher die Feldstärke dazwischen und desto höher die Kraft, die auf ein Elektron im Feld wirkt.

» Denn: Wenn das elektrische Feld die Elektronen erst in bewegung setzt, wie
» können sich die Elektronen dann schon 90° früher Richtung Kondensator
» bewegen?

Elektronen sind natürlich keine Hellseher!
Du musst Dir vor Augen halten, dass die von Dir verwendeten Begriffe und die Gleichungen für den Wechselstromkreis immer nur für ein "eingeschwungenes" System gelten. Sie haben nichts mit den Zuständen zu tun, die das System nach dem Einschalten durchläuft, bis sich ein stationärer Zustand eingestellt hat.
Die Berechnung dieser Übergangszustände ist ein ganz anderes und wesentlich komplizierteres Kapitel, dem Differenzialgleichungen zugrunde liegen.
(Falls Du Lust und Zeit hast, kannst Du Dich mal in einen Simulator, z.B. LTSpice, einarbeiten. Du wirst überrascht sein, wie verwickelt manchmal solche Einschwingvorgänge selbst bei scheinbar einfachen Schaltungen aussehen!)

» Wenn der Kondensator ungeladen ist, hat dieser ja auch noch kein
» elektrisches Feld, also wirkt eigentlich kein Feld auf die Elektronen ein,
» was diese veranlassen würde sich zum Kondensator zu bewegen.

Wenn Du hiermit den Zustand VOR dem Einschalten der äußeren Spannungsquelle meinst- da bewegt sich natürlich gar nichts. Alle Beteilgten wissen nichts von Spannung, von Gleich- oder Wechselstrom und schon gar nichts von Phasenverschiebung und 90°. Erst mit dem Einschalten laufen die oben erwähnten Einschwingvorgänge an, und erst, wenn diese abgeschlossen sind, erhält der Begriff Phasenverschiebung einen fassbaren physikalischen Sinn!

Natürlich hat ein Kondensator im Einschaltmoment noch kein Feld. Na und? Das äußere Feld (der Spannungsquelle) ist ja ab dem Einschalten da und schubst die Elektronen an! Das gilt auch für die Momente, in denen später im Wechselstromkreis die Augenblicksspannung am Kondensator Null ist- gerade wegen der Phasenverschiebung zwischen äußerer und Kondensatorspannung ist dann z.B. die außen einwirkende Spannung nicht null.

Gruß
Bernhard

Soso

06.06.2012,
18:25

@ BernhardB

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» (Falls Du Lust und Zeit hast, kannst Du Dich mal in einen Simulator, z.B.
» LTSpice, einarbeiten. Du wirst überrascht sein, wie verwickelt manchmal
» solche Einschwingvorgänge selbst bei scheinbar einfachen Schaltungen
» aussehen!




Habs getan. Was hab ich da falsch gemacht?

BernhardB(R)

Berlin,
06.06.2012,
18:53

@ Soso

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» Habs getan. Was hab ich da falsch gemacht?

Nichts.
Oder wo siehst Du da hellsehende Elektronen?

Gruß
Bernhard

Soso

06.06.2012,
18:57

@ BernhardB

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» Oder wo siehst Du da hellsehende Elektronen?
Wo hab ich Elektronen präkognitive Eigenschaften unterstellt? ;-)
Nene die verhalten sich schon mathematisch exakt.:-)

Soso

06.06.2012,
19:11

@ Soso

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» » Oder wo siehst Du da hellsehende Elektronen?
» Wo hab ich Elektronen präkognitive Eigenschaften unterstellt? ;-)
» Nene die verhalten sich schon mathematisch exakt.:-)
Nachtrag:
i = C * D(elta)u/D(elta)t

BernhardB(R)

Berlin,
06.06.2012,
19:40

@ Soso

Phasenverschiebung Spannung und Strom

» » Oder wo siehst Du da hellsehende Elektronen?
» Wo hab ich Elektronen präkognitive Eigenschaften unterstellt? ;-)
» Nene die verhalten sich schon mathematisch exakt.:-)

Hi,

und weil das so ist, passiert ganz allgemein folgendes, wenn Du eine sinusförmige Spannung an eine simple Reihenschaltung von R und C anlegst (ich lasse jetzt mal die ganze Mathematik beiseite):

Das Verhalten von Kondensatorspannung und Strom im Verhältnis zur angelegten Spannung hängt von der Frequenz, der Zeitkonstante R*C sowie von der Kondensatorspannung und der Phasenlage im Moment des Einschaltens ab.
In Abhängigkeit von der Kombination von f, R*C, Uc und dem Phasenwinkel treten beim Strom und bei der Kondensatorspannung zusätzliche Komponenten auf. Die überlagern die dem eingeschwungenen Zustand entsprechenden Momentanwerte, klingen aber nach einer Exponentialfunktion mit der Zeitkonstante R*C ab.
Es gibt sogar einen Sonderfall (bestimmte Phasenlage beim Zuschalten, Kondensatorspannung null), bei dem sich sofort der eingeschwungene Zustand einstellt.

So, und nun viel Spass beim Simulieren mit den unterschiedlichsten Kombinationen der Anfangsbedingungen...:-D

Gruß
Bernhard

Soso

06.06.2012,
20:06

@ BernhardB

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Ich brauch da nicht Felder, Frequenzem, Widerstände und Spannungsverhältnisse ins Spiel bringen.
Will hier auch keinen Diskurs anfachen.

i = C * D(elta)u/D(elta)t
Sollte nur einen weiteren Blickpunkt für den TE anbieten. :-)

Timo(R)

BW, Deutschland,
08.06.2012,
07:03

@ BernhardB

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Hi,
erst mal Danke für die ganzen Erklärungen, die haben mir schon ein gutes Stück weiter geholfen.
Aber zum Verständnis: kann mir jemand eine genaue Definition von elektrischer Spannung geben und wie sich diese physikalisch erfassen lässt?
Und wie sieht es in der Leitung bei einer Kondensatorschaltung im Einschaltmoment?

--
Mfg Timo

Timo(R)

BW, Deutschland,
11.06.2012,
13:38

@ Timo

Phasenverschiebung Spannung und Strom

Hat keiner eine Antwort bzw. Erklärung?

--
Mfg Timo