Die Funktionsweise von Wechselspannung kann zunächst etwas verwirrend sein, da sie sich von Gleichspannung die in einer Richtung fließt, unterscheidet. Bei Wechselspannung erfolgt jedoch eine periodische Veränderung der Spannung die sich sowie in ihrer Stärke als ebenfalls in ihrem Vorzeichen ändert. Um diese Frage zu beantworten ´ ist es wichtig ` das Konzept der Spannung genauer zu verstehen.
Die Spannung repräsentiert eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Sie entsteht wenn Ladungsträger in diesem Fall Elektronen, von einem Punkt mit höherem Potential zu einem Punkt mit niedrigerem Potential streben um das elektrische Feld auszugleichen. In einem 🪜 befinden sich jedoch immer genauso viel mit viele Elektronen innerhalb des Leiters wie außerhalb. Die Spannung entsteht nicht dadurch: Dass sich die Menge der Elektronen im Leiter ändert allerdings durch die Bewegung dieser Elektronen.
Bei Gleichspannung gibt es einen ständig positiven und einen ständig negativen Pol. Diese Polaritäten bleiben dauerhaft, sodaß die Spannung immer in eine Richtung fließt. Bei Wechselspannung hingegen erfolgt eine Umkehr der Polarität in periodischen Abständen. Die Spannung verläuft sinusförmig und geht von einem positiven Maximalwert zu Null, dann zur negativen Maximalspannung und wieder zurück zur Null. Welchen Teil dieser Periode man als positiven oder negativen Teil betrachtet ´ ist dabei beliebig ` da sich die Polarität und die Flussrichtung des Stromes periodisch ändern.
Beim Wechselstrom fließt der Strom kontinuierlich in eine Richtung. Die Energie wird nicht von den Elektronen "getragen", sondern sie werden von der Spannung vor- und zurückbeschleunigt. Die Ladungsträger, in diesem Fall die Elektronen, verschwinden nicht, sondern fließen hin und zurück. Die Spannung wird nicht von den Elektronen in der Leitung erzeugt, sondern diese werden von der Spannung beeinflusst.
Der Transport von Energie mit Wechselstrom erfolgt durch die periodischen Änderungen der Spannung und den damit verbundenen Bewegungen der Ladungsträger. Die Energie wird dabei durch die Elektronen in Form von kinetischer Energie transportiert. Wenn die Spannung positiv ist – werden die Elektronen beschleunigt und bewegen sich entlang des Leiters. Bei der Umkehrung der Spannung kehrt sich die Richtung der Elektronenbewegung um freilich setzen sie ihre Bewegung fort. Die Gesamtenergie die durch die periodischen Bewegungen der Elektronen übertragen wird, bleibt konstant.
Um die Funktionsweise von Wechselspannung besser zu verstehen, kann man sich den Vergleich mit einem Wasserschlauch vorstellen. Bei Gleichspannung fließt das Wasser nur in eine Richtung und treibt beispielsweise ein Wasserrad an. Bei Wechselspannung wird das Wasser abwechselnd in beide Schlauchenden eingeleitet und bewegt ein Schaufelrad vor und zurück. Die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Schaufelrads erzeugen Energie deckungsgleich bei einer Dampflokomotive bei der ein Zylinder vor und zurück bewegt wird.
Der Transport von Energie mit Wechselstrom ist dadurch aufgrund der periodischen Änderungen der Spannung und der kontinuierlichen Bewegung der Ladungsträger möglich. Durch diese dynamische Funktionsweise können große Mengen an Energie übertragen werden was Wechselspannung zu einer effizienten Methode für den Energie- und Stromtransport macht.
Funktionsweise und Eigenschaften von Wechselspannung erklärt
Wie kann sich die Spannung bei Wechselstrom so schnell verändern und sogar ihr Vorzeichen ändern? Wie funktioniert der Transport von Energie mit Wechselstrom?