Was genau ist Masse?

[vegan]

So, ich durchforste seit Tagen das Internet, hab auch hier schon ne Forumsuche gemacht aber weil ich nichts wirklich treffendes gefunden habe stürz ich mich jetzt mal ins Getümmel.

Ja, meine Frage dreht sich um die mysteriöse, sagenumwobene Masse.
Obwohl ich, wie bereits erwähnt, schon das Internet auf deutsch und englisch durchsucht hab konnte ich noch keine zufriedenstellende Antwort auf die Fragen finden:
- Was ist Masse?
- Wozu ist sie da?
- Wie funktioniert das?
Es ist sogar so, je mehr man recherchiert umso verwirrender wird es weil über diese Frage, selbst unter Fachleuten, keine wirkliche Einigkeit zu herrschen scheint, was mich zu der Überlegung bringt, ob es überhaupt jemanden gibt der dieses Konzept wirklich verstanden hat, oder ob einfach nur mit auswendig gelernten Phrasen um sich geworfen wird.
Was fast immer als erstes kommt, ist meine absolute Hasserklärung "Die Masse ist der Bezugspunkt auf den sich alle anderen Spannungen beziehen".
Der autounerfahrene Fahrschüler Fragt den Fahrlehrer: "Welches ist das Gaspedal?" Der Fahrlehrer antwortet: "Das Gaspedal ist das Pedal, bei dessen Betätigung das Fahrzeug eine positive Beschleunigung erfährt." Klingt toll, man kann mit solchen Worten super Eindruck schinden aber der arme Fahrschüler weiß blöderweise immer noch nicht welches denn nun das Gaspedal ist. Ähnlich verhält es sich mit mir und der Masse. Ich habe einfach noch niemanden gefunden der mir das ganze einleuchtend, zielführend und Groschen fallend erklären konnte.

Deshalb würde ich hier gerne eine grundlegende Diskussion zum Thema: "Masse - Was ist das? Wie und warum funktioniert sie?" starten.
Da ich noch wenig Ahnung habe, kann ich außer der oben gestellten Fragen nicht viel zur Diskussion beitragen.

Ich hoffe dass es hier Leute gibt, die mir und vielen anderen mehr Licht ins Dunkel bringen können.

 

[TheByte]

Hi,

ich weiß ja nicht, ob du hiermit was anfangen kannst, aber ich habe die Masse als den "Ort" gelernt,
an dem sich eine quasi unendliche Anzahl, umgangssprachlich gerne: Masse (daher der Begriff), an Elektronen befindet.
Sprich: der Punkt, wo die Elektronen ihren gedachten Ursprung haben.
Beim unipolaren Netzteil und der Batterie also der Minuspol bzw. die Kathode, daher auch der Ausdruck mit dem Referenzpunkt aller Spannungen.
Denn: der Massepunkt als Ursprung hat per Definition eben 0V (und verändert sich aufgrund der riesigen Anzahl an Elektronen nicht), der Rest wackelt darüber oder darunter herum

MfG

 

[just-lights]

Hallo vegan,
Ich hätte ganz gern mal gewusst, wie dein technischer Hintergrundwissensstand ist.
Weisst du was Spannung und Strom sind und wie diese zusammenhängen?

 

[vegan]

Hi,

ich weiß ja nicht, ob du hiermit was anfangen kannst, aber ich habe die Masse als den "Ort" gelernt,
an dem sich eine quasi unendliche Anzahl, umgangssprachlich gerne: Masse (daher der Begriff), an Elektronen befindet.
Sprich: der Punkt, wo die Elektronen ihren gedachten Ursprung haben.
Beim unipolaren Netzteil und der Batterie also der Minuspol bzw. die Kathode, daher auch der Ausdruck mit dem Referenzpunkt aller Spannungen.
Denn: der Massepunkt als Ursprung hat per Definition eben 0V (und verändert sich aufgrund der riesigen Anzahl an Elektronen nicht), der Rest wackelt darüber oder darunter herum

MfG

Da setzt leider schon die erste Verwirrung bei mir ein. Wenn sich dort eine unendliche Anzahl von Elektronen befindet, dann ist dieser "Ort" doch alles andere als neutral. Einen Pol mit einer unendlichen Menge negativer Ladungsträger würde ich als hochgradig negativ geladen ansehen, oder?
Davon abgesehen, wie funktioniert das physikalisch? Ich mein es kommt ja keine kleine Fee vorbei, sieht den Masseanschluss und flüstert der Batterie zu: "Das da ist jetzt der Bezugspunkt für deine Spannung" und die Batterie sagt: "Oh danke kleine Fee dass du mir das gesagt hast".
Da muss ja irgendeine Form von atomarer Interaktion statt finden dass diese Ladungsträger wissen dass da ein Bezugspunkt ist.

Hallo vegan,
Ich hätte ganz gern mal gewusst, wie dein technischer Hintergrundwissensstand ist.
Weisst du was Spannung und Strom sind und wie diese zusammenhängen?

Die IHK weist mir eine abgeschlossene Ausbildung als Mediengestalter Bild und Ton nach, die auch grundlegendes und fachbezogen fortgeschrittenes Wissen über Elektronik vermittelt hat. Dort kam es aber immer wieder vor dass Dozenten aus Zeitgründen und um den Lehrstoff zu komprimieren darauf verwiesen haben "Ist jetzt erstmal nicht wichtig, nimm es einfach so hin." Das hinterließ bei mir einige frustrierende Verständnisslücken, weshalb ich mich jetzt dazu entschlossen hab das Thema Elektronik nochmal ganz von unten aufzubauen. Ich begann damit das Buch "Grundwissen Elektronik - Die Grundlagen für Hobby Ausbildung und Beruf" von Burkhard Kainka zu lesen. Für mich ein sehr guter Einstieg die Verständnisslücken zu füllen und es sind auch schon ein paar Kilo schwere Groschen mit brachialem Krachen gefallen und ich habe bei Bedarf (Zusammenhänge, die mir im Buch nicht ganz klar wurden) online recherchiert.
Das ist mein Hintergrund. Es ist also schon einiges Futter vorhanden aber diese Masse hat sich irgendwie in meinem Schädel verkantet.

 

[TheByte]

Da setzt leider schon die erste Verwirrung bei mir ein. Wenn sich dort eine unendliche Anzahl von Elektronen befindet, dann ist dieser "Ort" doch alles andere als neutral. Einen Pol mit einer unendlichen Menge negativer Ladungsträger würde ich als hochgradig negativ geladen ansehen, oder?

Diese Verwirrung kann ich vielleicht auflösen.
Der Haufen an Elektronen ist negativ geladen, völlig korrekt. Eben die beinahe unendlich mal -1,602*10⁻¹⁹ C. Stört aber nicht, denn jetzt kommt der Trick:
Da wir normalerweise mit Spannungen und Strömen rechnen, messen und basteln ist nur die Differenz ausschlaggebend (Spannung = Potentialdifferenz!). Man bekommt ja auch keinen Stromschlag, wenn man die Erde (den Boden als riesiges Elektronenreservoir) anfasst, da einfach alles unbestromte dasselbe Potential hat.
Was das heißt? Beispiel Batterie:
beim Entladen fließen Elektronen von der Kathoede (Quelle der Elektronen) über den Stromkreis zur Anode, die Batterie wird verbraucht, die Ladungen gleichen sich aus.
Nennt man jetzt eine der beiden Elektroden "Masse" und macht ihr Potential fest, dann kann die andere eine bestimmte Differenz zu ihr haben.
Setzt man fest, dass der Minuspol 0V bzw. Masse heißt, dann hat der Pluspol eben am Anfang (maximale Ladungsdifferenz) vielleicht 9V und am Ende eben weniger (Ladungsausgleich).
Man kann auch sagen, dass der Minuspol als Masse -9V hat und der Pluspol eben 0V. Oder -123V und -114V. Aber der Mensch denkt einfach, rechnet positiv und von Null an.

Davon abgesehen, wie funktioniert das physikalisch? Ich mein es kommt ja keine kleine Fee vorbei, sieht den Masseanschluss und flüstert der Batterie zu: "Das da ist jetzt der Bezugspunkt für deine Spannung" und die Batterie sagt: "Oh danke kleine Fee dass du mir das gesagt hast".
Da muss ja irgendeine Form von atomarer Interaktion statt finden dass diese Ladungsträger wissen dass da ein Bezugspunkt ist.

Die Interaktion ist nur "+ und - ziehen sich an". Die Sache mit dem Bezugspunkt macht der Mensch daraus, da es einfach bequemer ist, relativ zu arbeiten statt irgendwelche absoluten Werte zu verwursten.

Noch ein weiteres Beispiel, die "Fee" ergänzend:
jede Batterie hat so gesehen einen Masseanschluss. In der Fabrik sagt die Fee jeder einzelnen: "deine Kathode ist jetzt Masse!". Jetzt werden in zwei Geräten jeweils 2 Batterien genommen und in Reihe geschaltet.
Das eine Gerät braucht +1,5V und -1,5V während das zweite Gerät nur 3V braucht. Jetzt haben es die Batterien aber schwer, denn es gibt ja jeweils 2 Bezugspunkte. Im ersten Gerät ist es der Mittelabgriff zwischen den Batterien, im zweiten die Kathode der "ersten" Batterie. Alles reine Definitionssache.
Übrigens hat auch das Elektron damals rein willkürlich eine negative Ladung bekommen. Wenn jemand anderes es gemacht hätte, dann wäre es heute vielleicht positiv geladen


Ich hoffe, das hilft etwas.

MfG

 

[.Jens]

Da setzt leider schon die erste Verwirrung bei mir ein. Wenn sich dort eine unendliche Anzahl von Elektronen befindet, dann ist dieser "Ort" doch alles andere als neutral. Einen Pol mit einer unendlichen Menge negativer Ladungsträger würde ich als hochgradig negativ geladen ansehen, oder?

Auf den ersten Blick hast du recht - aber es gibt ja auch noch die positiv geladenen Teilchen - meist die Atomrümpfe. Bei einem Stück Metall kannst du dir das so vorstellen: Es gibt die positiv geladenen Atomrümpfe (oder -kerne) - die können sich nicht bewegen. Und es gibt genauso viele Elektronen, die bei Isolatoren an die Atomrümpfe gebunden sind und sich in Metallen frei bewegen können. Solange gleich viele Kerne und Elektronen da sind, ist das Stück Metall im Ganzen natürlich neutral.
Wenn irgendwo lokal Elektronen fehlen, fließen Elektronen von woanders nach, bis die Elektronen gleichmäßig verteilt sind. Ob der "Ort" jetzt positiv oder negativ geladen ist, hängt nur davon ab, ob verglichen mit der Anzahl der Atomkerne ein Überschuss oder ein Mangel an Elektronen herrscht.


Bildlich kann man sich das - wie so oft beim Thema Strom - mit Wasser veranschaulichen. Die Höhe des Wasserspiegels in einem Behälter entspricht dem Potential - wenn zwei Behälter mit unterschiedlichem Wasserspiegel z.B. mit einem Schlauch verbunden werden, macht sich die Potentialdifferenz (Wasserspiegel hier höher als dort) als "Spannung" zwischen den Behältern bemerkbar. Und wenn es nicht daran gehindert wird, fließt solange Wasser von einem Gefäß ins andere, bis der Wasserspiegel bei beiden gleich hoch ist.

Jetzt stell dir folgendes vor: Du schließt eine "Stromquelle" an dein Gefäß an - in unserem Fall bedeutet das, dass wir Wasser dazugießen (oder hinauspumpen). Sagen wir mal, es geht um einen Eimer, den du mit dem Gartenschlauch befüllst - und der Eimer ist über einen Schlauch mit einem zweiten Eimer verbunden. Solange du einen Eimer befüllst, wird zwar gleichzeitig auch immer Wasser durch den Schlauch in den zweiten Eimer fließen, aber der Wasserstand im ersten Eimer wird immer ein kleines bisschen höher sein als im zweiten Eimer, solange aus dem Gartenschlauch was hineingefüllt wird. Umgekehrt wäre er immer (etwas) niedriger als im zweiten, wenn du stattdessen etwas hinauspumpst. Erst, wenn du aufhörst zu pumpen, wird sich der Pegel in beiden Eimern angleichen.
Jetzt stell dir vor, du willst die Höhe irgendeines anderen Gegenstands von der Wasseroberfläche deines Eimers aus messen. Wenn da ständig jemand Wasser rein- und rausholt, ist der Wasserstand dieses Eimers keine gute Bezugsgröße - sie ändert sich ja dauernd.

Je größer aber dein Gefäß ist, umso weniger hängt der momentane Wasserstand davon ab, ob gerade jemand etwas hinein- oder hinauspumpt. Der Wasserspiegel einer Badewanne oder eines Swimmingpools ist wesentlich stabiler - ein Eimer mehr oder weniger lässt den Pegel eines Schwimmbeckens nicht wesentlich steigen oder sinken.
Also: Je größer das Gefäß, umso weniger ändert sich dessen Pegel beim zugießen oder abschöpfen von Wasser: Sowas bezeichnet man als "Masse". Aus dem Ozean kannst du (Verdunstung, Wellen, Gezeiten mal außen vor) praktisch beliebig Wasser schöpfen - der Meeresspiegel bleibt trotzdem ein sehr brauchbares Maß, um z.B. Höhen anzugeben ("30m über dem Meeresspiegel").

Deswegen sorgt man bei elektronischen Schaltungen dafür, dass dort, wo "0V" sein soll, möglichst viel Metall ist (breite Leiterbahnen, Kupferflächen, ggf. nimmt man das Gehäuse mit dazu).

Ob jetzt die Größe eines Gefäßes schon reicht, um als "Masse" zu gelten, hängt davon ab, a) wie genau ich messen möchte und b) wie groß meine Störgrößen sind. Wenn ich mir aus dem Plantschbecken mal eben ein paar Spritzer ins Gesicht werfe um mich abzukühlen, reicht das. Wenn da aber 10 Kinder toben, ist das Ding schnell sehr viel leerer Da müsste dann schon ein Schwimmbecken her - oder ein See (den kriegen auch 100 Kinder nicht leergespielt).

Ganz entscheidend ist jetzt immer: Wie hoch der Wasserspiegel "absolut" (ja, von wo aus will man das messen?) ist, ist dabei nicht von Belang. Ein hochgelegener Bergsee kann genauso "Masse" sein (z.B. für die Höhe der Kirchturmspitze des nächsten Dorfes) wie ein Schwimmbad im Tal - jedenfalls solange ich nicht versuche, die Höhe des Kirchturms auf dem Berg von dem Talschwimmbad aus zu messen. Hauptsache, es ist für die jeweilige Aufgabe genügend Wasser im Reservoir.

Wenn man jetzt noch die Analogie auf die Spitze treiben möchte, dann kann man vereinfachend sagen: Für alles elektrische ist das "absolute" Bezugspotential die sog. "Erde" - also das elektrische Potential von Bauwerken etc., die über das Grundwasser und die Leitfähigkeit des Bodens miteinander elektrisch verbunden sind und somit (über lange Zeit gemittelt) ein quasi unveränderliches Potential haben. Vergleichbar wäre das im Wasserbeispiel mit dem Ozean - wenn wir mal davon ausgehen, dass auch der hohe Bergsee über einen Fluß mit dem Meer verbunden ist - die Spannung (Höhenunterschied) zwischen See und Meer sorgt dafür, dass der Fluß dazwischen fließt. Aber normalerweise ändert das weder den Pegel des Sees noch des Meeres. Nur, wenn z.B. ein heftiges Gewitter oder eine Schneeschmelze in kurzer Zeit sehr viel Wasser in den See bringt, dann wird der Pegel ansteigen - gleichzeitig wird aber auch der Strom (Fluß) stärker und transportiert mehr Wasser wieder ab. Dem Meeresspiegel macht aber auch das nichts aus

Weil jetzt die "Erde" zwar wichtig ist für Sicherheitsfragen (wir Menschen, die wir auf der Erde stehen, möchten ja möglichst keinen "gewischt" bekommen) - aber gleichzeitig lokal nicht unbedingt gegenüber dem "Ozean" ein besonders gleichmäßiges Potential hat (der Potentialausgleich in der "Erde" findet eher langsam statt), beschafft man sich manchmal für z.B. empfindliche Messungen eine separate Masse (sowas wie ein sauber eingezäuntes Schwimmbecken, ohne Zu- und Abfluss - aber möglichst groß), die auf einem ganz anderen Potential liegen kann als die Erde. Weil jedes ausreichend große Gefäß (Metallstück) so etwas wie "Masse" sein kann, gibt es oft in einem Gerät gleich mehrere davon ("Gehäusemasse", "Signalmasse", "Stromversorgungsmasse",...) - die können miteinander verbunden sein, müssen aber nicht. Manchmal sind sie es auch mit Absicht nicht. Wichtig ist nur, dass sich das Potential dieser Masse möglichst nicht ändert, wenn z.B. ein Signal ankommt - nur dann kann ich es sauber (gegen die Signalmasse als Bezugsgröße) messen.

 

[vegan]

Ich hab mal eine kleine Bilderserie gemacht um meine Verwirrung vielleicht etwas zu verdeutlichen.




Ich wollte jetzt noch ein paar unklare Sachverhalte hinzufügen aber vielleicht klären wir erstmal das, schritt für Schritt.
Am Pluspol liegen viele positive Ladungsträger vor (Mangel an Elektronen) an der Masse liegen sehr viele Elektronen vor. Warum fließen nich die Elektronen von Masse zum Pluspol, hier ist die Spannung/Anziehungskraft doch bedeutend größer.

 

[TheByte]

Warum fließen nich die Elektronen von Masse zum Pluspol, hier ist die Spannung/Anziehungskraft doch bedeutend größer.

Nein! Nochmal: Das, was wir Spannung nennen, das ist eine Potentialdifferenz. In dem Fall, den du aufgezeichnet hast, da ist das Massepotential mit dem Minuspol der Batterie verbunden,
zwangsweise also das gleiche Potential (notfalls gleicht es sich erstmal aus). Von beiden Punkten zum Pluspol ist es also die gleiche Spannung.
Hier hast du mit dem Massesymbol also tatsächlich einen Bezugspunkt erschaffen, auf den sich das Potential der Anode bezieht.
Zu deinem letzten Bild: das geht so natürlich nicht Irgendwo muss der "Motor" sein, der die Elektronen durch den Stromkreis treibt. Der Pluspol alleine kann keinen Strom "irgendwohin"
treiben bzw. von "irgendwoher" aufnehmen, es ist wie eine Aquarienpumpe: du musst unten was reingeben, dass oben etwas rauskommt. Immer!

MfG

 

[-N-O-F-X-]

Du vergisst bei deinen Überlegungen, dass die Masse neben vielen Elektronen auch positive Ladungsträger enthält.

 

[vegan]

In dem Fall, den du aufgezeichnet hast, da ist das Massepotential mit dem Minuspol der Batterie verbunden,
zwangsweise also das gleiche Potential (notfalls gleicht es sich erstmal aus).

Ich glaub wir kreisen mein Problem langsam ein.
Dieser Ausgleich passiert einfach so? Schwupps ausgeglichen, oder was?
Besonders verwirrend wird es da es deiner nächsten Aussage irgendwie widerspricht.

Zu deinem letzten Bild: das geht so natürlich nicht Irgendwo muss der "Motor" sein, der die Elektronen durch den Stromkreis treibt. Der Pluspol alleine kann keinen Strom "irgendwohin"
treiben bzw. von "irgendwoher" aufnehmen, es ist wie eine Aquarienpumpe: du musst unten was reingeben, dass oben etwas rauskommt. Immer!

Genau das versteh ich nicht, warum muss unten was rein damit oben was raus kommt?
Schritt für Schritt:
- Teil A hat überschüssige + Ladungsträger (Löcher)
- Teil B hat überschüssige - Ladungsträger (Elektronen)
- Die Elektronen wollen unbedingt in diese Löcher rein weil sie Monk sind und dieses Durcheinander von Löchern in der Atomstruktur einfach nicht ausstehen können.
- Jetzt bring ich die beiden Teile immer näher zusammen ohne in Kontakt zu bringen. Die Elektronen auf der einen Seite sehen schon das Chaos auf der anderen Seite und drängen immer stärker hinüber, sie machen ihre Arme ganz lang und versuchen hinüber zu reichen aber sie kommen einfach nicht ran. (elektrisches Feld)
- Jetzt bringe ich die Teile A und B in Kontakt, die elektronen denken sich "Na endlich" und eilen schnellstmöglich zu den Löchern um dieses Chaos endlich mal zu beseitigen. (elektrischer Stromfluss)
- Jetzt kommen wir Menschen noch auf die pfiffige Idee den Elektronen, in bester American Gladiator Tradition, Hindernisse in den Weg zu stellen um zu ihren heiß begehrten Löchern zu kommen. Dass heißt sie müssen erstmal über ne Wand klettern, sich an Sprossen entlang hangeln und drei mal an der Kurbel drehen (Arbeit verrichten), bevor wir sie zu den Löchern lassen.
Warum muss ich jetzt auf der einen Seite immer mehr Ladungsträger nachschieben?

Jetzt kommt der Widerspruch den ich oben erwähnt habe:
Du sagst wenn ich den Minuspol an Masse schließe gleichen sie sich notfalls erstmal aus, es muss also kurzzeitig einen Elektronenfluss geben, bis beide auf dem gleichen Level sind.
1. Wie garantiere ich, dass sich der Minuspol an die Masse angleicht und nicht anders herum?
2. Wie soll dieser ausgleichende Stromfluss zu Stande kommen wenn doch, wie du sagst auf der einen Seite nicht ständig was rein gegeben wird?

Ich bin verwirrt, sorry.

Du vergisst bei deinen Überlegungen, dass die Masse neben vielen Elektronen auch positive Ladungsträger enthält.

Moment mal.....
Ich kann doch das metallische Gehäuse eines Geräts als Masse verwenden, oder?
Metall zeichnet sich doch durch eine gute Leitfähigkeit aus, weil es verhältnismäßig viele ungebundene Elektronen gibt.
Also wo in einem Metallgehäuse als Masse sind jetzt die positiven Ladungsträger?.....
....und vor allem wenn doch eh beide in einem Material vorhanden sind, warum gleichen sie sich nicht aus?

 

[HenrySalayne]

Spannung ist eine Potentialdifferenz und Masse das Bezugspotential. Das war es schon. Masse ist nichts anderes als ein gedachter Punkt, zu dem man alle anderen Punkte in Verhältnis setzt.

Man sollte übrigens nicht den Fehler begehen und elektrische Ladung mit elektrischer Spannung gleichzusetzen. Eine Batterie hat keine elektrische Ladung, sondern eine chemische, anders ein Kondensator.

Es ist komplett uninteressant für die Betrachtung, wie viele Ladungsträger zur Verfügung stehen.

Dieser Ausgleich passiert einfach so? Schwupps ausgeglichen, oder was?
Besonders verwirrend wird es da es deiner nächsten Aussage irgendwie widerspricht.

Es gibt keinen Ausgleich! Da sind wir schon wieder bei Ladung und Spannung; das sind zwei paar Schuhe.
Wenn zwei Punkte, bspw, die Pole von zwei Batterien verbunden werden, wird damit ein Bezugspunkt geschaffen, mehr nicht. Die Potentialdifferenz gilt nur zwischen den eigenen Polen einer Batterie. Deswegen ist es auch nicht möglich einen Strom zwischen den Plus-Pol der einen und dem Minus-Pol einer anderen Batterie laufen zu lassen, weil ein gemeinsamer Bezugspunkt fehlt.

 

[vegan]

Spannung ist eine Potentialdifferenz und Masse das Bezugspotential. Das war es schon. Masse ist nichts anderes als ein gedachter Punkt, zu dem man alle anderen Punkte in Verhältnis setzt.

Meine eingangs erwähnte Hasserklärung

Es ist komplett uninteressant für die Betrachtung, wie viele Ladungsträger zur Verfügung stehen.

Wenn du mir dass auch noch begründen kannst, technisch/physikalisch, dann sehe ich ein großes Potential für fallende Groschen.

Es gibt keinen Ausgleich! Da sind wir schon wieder bei Ladung und Spannung; das sind zwei paar Schuhe.
Wenn zwei Punkte, bspw, die Pole von zwei Batterien verbunden werden, wird damit ein Bezugspunkt geschaffen, mehr nicht. Die Potentialdifferenz gilt nur zwischen den eigenen Polen einer Batterie. Deswegen ist es auch nicht möglich einen Strom zwischen den Plus-Pol der einen und dem Minus-Pol einer anderen Batterie laufen zu lassen, weil ein gemeinsamer Bezugspunkt fehlt.

Naja, ganz zwei paar Schuhe sind es nicht. Das eine kann ohne das andere nicht existieren.
Genau dass ist das was ich nicht begreife. Wenn ich zwei Batterien habe A und B und ich schließe +A an -B dann "sehen" doch die Elektronen dass da drüben Löcher sind und müssen darüber. Warum tuen sie das nicht?

 

[HenrySalayne]

Das ist das Problem an der Elektronen- und Löcher-Betrachtung. Der Pluspol der einen Batterie hat eine Spannung von U gegenüber dem Minus-Pol der gleichen Batterie, aber nicht gegenüber dem Minuspol der anderen Batterie. Es kann nur eine Messbare (und reale) Spannung geben, wenn diese Pole in Bezug zueinander stehen; es also ein Bezugspotential gibt: Masse.


Das Ladung und Spannung zwar zusammen hängen, aber unabhängig voneinander sind, kann man gut am Plattenkondensator sehen: Nehmen wir an, die Platten des Plattenkondensators haben einen Abstand X und werden mit einer Spannung U0 geladen. Dann befindet sich auf dem Plattenkondensator die Ladung Q. Wenn man jetzt die Distanz X erhöht (die Ladespannung natürlich vorher entfernt) erhöht sich die Spannung, weil man die Ladungstrennung erhöht. Wenn man jetzt aber die Platten infinitesimal zusammenrückt (ohne das sie sich berühren oder ein Kontakt hergestellt wird) geht die Spannung gegen Null, während die Ladung Q konstant bleibt.

 

[vegan]

Es tut mir leid dass ich so schwer von Begriff bin aber mein Logikverständnis macht gerade ordentlich Randale im Hinterkopf.

Der Pluspol der einen Batterie hat eine Spannung von U gegenüber dem Minus-Pol der gleichen Batterie, aber nicht gegenüber dem Minuspol der anderen Batterie.

Woher weiß denn die Batterie welcher Potentialunterschied zu ihr gehört und welcher fremd ist?

Es kann nur eine Messbare (und reale) Spannung geben, wenn diese Pole in Bezug zueinander stehen; es also ein Bezugspotential gibt: Masse.

Warum?
Ich dachte wenn ich + und - verbinde dass das dann ein Bezugspotential ist.
+ steht so in der Gegend rum und denkt sich "Was für ein schöner Tag.".
- steht so in der Gegend rum und denkt sich "Was für ein schöner Tag.".
Beide wissen nichts voneinander.
Jetzt verbinde ich die beiden und + denkt sich "Ach guck mal, da drüben ist ja, im Verhältnis/Bezug zu mir, viel weniger + als hier, na da geh ich gleich mal rüber. "
Somit ist doch ein Bezug vorhanden, wofür brauche ich jetzt Masse....und noch einmal, woher weiß + dass das -, an das ich ihn angeschlossen hab, SEIN - ist und nicht ein fremdes -?

 

[.Jens]

Also wo in einem Metallgehäuse als Masse sind jetzt die positiven Ladungsträger?.....

Hab ich doch oben geschrieben: die Atomkerne sind die positiven Ladungen - und davon sind erstmal gleich viele da wie Elektronen - deswegen ist das Stück Metall bezüglich der Ladung neutral. Erst wenn an einem Ende Elektronen abgesaugt werden (oder irgendwo anders welche nachgeschoben werden), ist zunächst einmal dort (lokal!) die Ladung etwas geringer. Es baut sich gegenüber dem anderen Ende ein Feld auf, die restlichen Elektronen folgen dem und gleichen die Ladung wieder aus. Wenn man es schafft (und das ist nicht so leicht!) an einem Ende Elektronen "abzusaugen" ohne dass am anderen Ende welche (durch einen Draht z.B.) nachfließen können, so dass das Teil als ganzes neutral bleibt, dann (und nur dann) kann man dem Metallteil als ganzem eine Ladung verpassen.

....und vor allem wenn doch eh beide in einem Material vorhanden sind, warum gleichen sie sich nicht aus?

Bezüglich Ladung tun sie das ja. Ansonsten darfst du nicht vergessen, dass die Atomkerne - im Gegensatz zu den Elektronen - sich im Metall nicht bewegen können. "Löcher" wie du sie meinst, entstehen ja erst, wenn irgendwo Elektronen weggenommen werden. Das Bild mit den Löchern ist aber eigentlich so nur richtig auf Halbleiter anwendbar - das ist noch ne Ecke komplizierter.

Stell dir deine Batterie als einen Eimer vor, der unten ein Loch hat (meinetwegen zunächst mit einem Stopfen verschlossen): Die Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen Wasserstand und Boden (des Eimers). Jetzt hast du einen Tisch, dessen Oberfläche "Masse" sein soll. Stellst du den Eimer auf den Tisch, liegt "-" (der Boden des Eimers) auf Masse. Stellst du ihn auf einen Stuhl, so dass die Wasseroberfläche genau so hoch ist wie die Tischplatte, ist "+" die Masse. Das muss die Batterie / der Eimer erstmal gar nicht merken. Erst dann, wenn andere Potentiale ins Spiel kommen, die auf die Masse ("Höhe über Tischplatte") Bezug nehmen, wird das interessant. Ein leeres Glas, das ebenfalls auf dem Tisch steht (Mit dem Minuspol an Masse angeschlossen ist) lässt sich in dem Beispiel nur per Schwerkraft (normaler Potentialausgleich) befüllen, wenn der Eimer auf dem Tisch steht - wenn er auf dem Stuhl steht, müsste man pumpen.

 

[HenrySalayne]

Woher weiß denn die Batterie welcher Potentialunterschied zu ihr gehört und welcher fremd ist?

Bei der Batterie ist das relativ einfach. Wodurch kommt die Spannung und letztendlich der Strom zustande? Durch eine chemische Reaktion. Die kann aber nur stattfinden, wenn die Ladungsträger, die an der einen Seite austreten, wieder auf der anderen Seite zurück kommen.

Außerdem besteht zwischen den Batterien kein Potentialunterschied. Das ist dein elementarer Fehler. Ein Potentialunterschied kann es immer nur zwischen zwei zusammenhängenden Punkten geben; im Fall der beiden Batterien hätten aber die beiden verbundenen Pole das gleiche Potential. Das kann man einfach dadurch ein Experiment belegen, wenn man die Spannung der anderen beiden Pole zueinander misst und letztlich die Addition der Spannungen der einzelnen Batterien erhält.

Noch einmal: Das System Batterie hat zwei Pole, die zueinander eine Potentialdifferenz haben. Verbindest du nur einen dieser Punkte, gibt es keine Potentialdifferenz. So verhält es es sich bei allen Spannungsquellen.

 

[Gast 23432]

Vielleicht hilft die Erklärung hier dem Verständnis?

Strom entsteht dann, wenn zwei unterschiedlich geladene Körper den Unterschied ausgleichen können. Atome sind in der Regel ausgeglichen, sie haben positive (Protonen) und negative (Elektronen) Ladungen. Atome mit zu vielen Elektronen sind negativ geladen. Um dies wieder auszugleichen, geben sie Elektronen ab. In dem Experiment ist der Kupfernagel der Pluspol, der die Elektronen aufnimmt und der Zinknagel der Minuspol. Wenn der Austausch möglich wird, kann Strom fließen. Dazu braucht es aber den Draht und das Lämpchen, die als Leiter fungieren. Die Säure des Apfels dient dabei als Elektrolyt. Denn Kupfer und Zink reagieren in der Säure unterschiedlich. Während Zink mehr positive Teilchen abgibt als Kupfer, hat es einen hohen Überschuss an negativer Ladung. Verbindet man die beiden nun miteinander, kann das Zink seine Elektronen an das Kupfer abgeben und somit die Ladung beider ausgleichen.

 

[nasi_goreng]

Hi
ich versuch's mal so zu erklären wie ich es verstehe:

1) Spannung entsteht wo Ladungen getrennt werden.
2) Die Spannung ist kein Absolutwert, sondern immer eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.
3) Die "Masse" ist der Referenzpunkt worauf sich die Spannungen in Geräten beziehen.
4) Für die Masse nimmt man eine wechsel- und gleichstrommäßig stabile Spannung, also am besten den Abgriff eines Netzteils, damit Störspannungen "geschluckt" werden. (Innenwiderstände klein, dicke Leiterbahnen)
5) Dabei ist es egal ob es der positive, negative oder der Mittelabgriff ist. Die Masse muss nicht immer das negativste Potential haben. (Bei frühen Transistorgeräten ist die Betriebsspannung oft negativ zur Masse)
6) Damit sich keine Spannungen zwischen der Gerätemasse und der Gehäusemasse ausbilden können sind diese meist miteinander verbunden.

Vielleicht hilft's dir ja

 

[chris_kah]

Die "Masse" ist der Referenzpunkt worauf sich die Spannungen in Geräten beziehen.

Genau so ist das!

Die Masse ist eine Definition des Bezugs-Nullpunkts.

Genauso wie der Normal-Null (Meeresspiegel) ein Bezugs Nullpunkt ist, egal ob es darüber un darunter weitergeht.Und auch der ist irgendwo willkürlich festgelegt, denn es gibt Ebbe und Flut; außerdem ist das Mittelmeer oder das Rote Meer durch die höhere Verdunstung etwas tiefer gelegen.

Auch bei tragbaren batteriebetreibenen Geräten gibt es das, obwohl dort die Masse nirgendwo angeschlossen ist.
Die Masse wird in der Regel mit einem leitfähigen Gehäuse verbunden, damit eine gewisse Schirmwirkung erzielt wird. Außerdem ist die Masse in der Regel als große Fläche ausgeführt, damit sie gut leitfähig ist, und sich zwischen 2 verschiedenen Massepunkten möglichst wenig Potentialdifferenz aufbauen kann.
Bei installierten Geräten wird die Masse in der Regel mit dem Erdpotential (das per Definition auch 0 ist) verbunden, üblicherweise über den Schutzleiter der Stromversorgung.

Bei deinem Bild 2 hat der -Pol der Batterie das gleiche Potential wie die Masse.

Die Leitfähigkeit in Metallen geht (sehr vereinfacht!) so: Atome bestehen aus Atomkernen und einer Wolke von Elektronen. Bei Metallen sind einige der zum Atom gehörenden Elektronen im Verbund frei beweglich, wobei die Ladung im Mittel ausgeglichen ist. Bei Stromfluss werden die Elektronen zum Nachbar weitergeschubst, dafür kommt von der anderen Seite andere nach. Damit das funktioniert, muss die Kette im Kreis geschlossen sein, wie z.b. der Stuhlkreis bei "die Reise nach Jerusalem", nur dass es hier für jeden Teilnehmer (Bewegliches Elektron) genau einen Stuhl (Atom) gibt. Den Stromkreis verlassen wie in Bild 4 (nicht zur Batterie zurück sondern in der Masse versacken) geht nicht.

Wissenschaftlich geht das natürlich anders, aber wenn dich das interessiert, kannst du dir gerne bei Wikipedia die Artikel über das Bändermodell ansehen, da müssen meine Studenten durch

Gruß
Christoph

 

[Gast 23432]

egal ob es darüber un darunter weitergeht.

Stimmt ja, darüber, daß es gleichzeitig sowohl positive als auch negative Spannungen, die sogar unterschiedlich sein können, gegen Masse gibt, hat glaub ich noch keiner geschrieben