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SG023 Energietransport im Stromkreis

© H. Hübel Würzburg 2013

Stromstärke

Spannung

Glossar 

Physik für Schülerinnen und Schüler


Die drei wichtigsten Aufgaben eines elektrischen Stromkreises sind:

1. Transport von Energie aus der Energiequelle / Stromquelle (z.B. einer Batterie) zu einem Energie"verbraucher", z.B. einer Lampe,

2. Transport von Ladungen aus der Stromquelle durch den Stromkreis zur Stromquelle zurück, durch sie hindurch und wieder in den Stromkreis, immer im Kreis herum. Ladungen können unterwegs weder verloren gehen noch neu entstehen. Der Ladungstransport ist das Vehikel, das den Energietransport vermittelt. Statt Ladungstransport sagt man manchmal auch Stromtransport.

3. Transport von Nachrichten, z.B. mittels einer Telefonleitung.

Ladungen transportieren nicht selbst die Energie ("mit sich"), etwa durch die Leitungen, sondern vermitteln nur den Transport von Energie. Beim einfachen elektrischen Stromkreis fließt so die Energie von der Energiequelle durch den die Leiter umgebenden Raum, zwischen den Leitern, zur Lampe oder zu einem Widerstand.

Während es für den Strom eine Hin- und eine Rückleitung (zum Lämpchen etwa) gibt, was es den Ladungen ermöglicht, immer ungeschwächt im Kreis herum zu fließen, strömt Energie eindeutig nur von der Energiequelle / Stromquelle zum Verbraucher, und zwar nahe beider Leitungen.

Weshalb ist es falsch zu behaupten, dass bewegte Ladungen die Energie "mit sich" durch den Stromkreis tragen?

Ladungen haben wegen ihrer geringen Geschwindigkeit in den Leitern so gut wie keine kinetische Energie. Sie können auch keine potenzielle Energie mit sich transportieren, weil die potenzielle Energie, die auf einem Abschnitt des Weges abgegeben würde, auf einem anderen Abschnitt wieder aufgenommen werden müsste. Das liegt im Wesen der potenziellen Energie. Bei der "Induktion" in einer geschlossenen Leiterschleife kommt es wie im Gleichstromkreis zu Energie- und Stromtransport (Ladungstransport). Aber es gibt dabei überhaupt keine potenzielle Energie. Wegen ihrer geringen (Drift-)Geschwindigkeit (typisch 1 mm/s) haben zudem die meisten Ladungen in den Leitern während der Beobachtungsdauer niemals Gelegenheit, Energie von der Energiequelle / Stromquelle abzuholen oder an den "Verbraucher" abzugeben, weil sie nicht aus der Stromquelle / Energiequelle gekommen sind und die Verbraucher auch nie erreichen werden. Bei Wechselstrom "wackeln" die Strom transportierenden Ladungen sogar nur auf einer Strecke in der Größenordnung eines Atoms hin und her und vermitteln trotzdem den Transport beträchtlicher Energie vom E-Werk zu den "Verbrauchern". Also: auch potenzielle Energie spielt für den Energietransport keine Rolle.

Vielmehr bilden sich während des Einschaltvorgangs Oberflächenladungen auf den Leitern aus. Oberflächenladungen nehmen nicht am Stromfluss teil. Jedoch ist die Stromquelle (z.B. die Batterie) Ursache für ein elektrisches Feld,  dessen Feldlinien außerhalb der Leiter - bildlich - in den Oberflächenladungen "münden" oder von ihnen ausgehen. Durch den Stromfluss umgeben sich die Leiter außerdem mit einem ringförmigen Magnetfeld. Beide Felder zusammen schaffen die Möglichkeit für den Energietransport außerhalb der Leiter, aber in ihrer Nähe (gemäß dem Energiestromdichte-Vektor S). Es handelt sich um "elektromagnetische Energie". Wie das geschieht, brauchst du vorläufig nicht zu wissen. Du könntest aber hier nachlesen.


( November 2019 )