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  Informationsgeschwindigkeit |
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Scynja
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Dabei seit: 23.02.2011
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Wohnort: Deutschland
 |  Themenstart: 2019-08-01
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Hallo zusammen,
mir ist gerade etwas eingefallen, was ich nicht ganz verstehe. Zur Verdeutlichung beschreibe ich es etwas übertrieben, weil ich es mir dann besser vorstellen kann.
Wenn es ein ausreichend dimensioniertes Kupferkabel zwischen Mond und Erde gäbe und auf dem Mond, auf der Erde und auf halber Strecke eine Lampe in Reihe geschalten ist.
Was passiert dann, wenn ich den Lichtschalter auf der Erde betätige, um das Licht anzuschalten? Licht braucht ja ca. 1,25 Sekunden vom Mond zur Erde.
Aber wann genau würden die Lampen jetzt angehen? In der Physik wurde mir damals gesagt, dass alles gleichzeitig passiert, weil der Strom ähnlich wie ein Seil, das man zieht, funktioniert.
Gehen alle Lampen nach 1,25 Sekunden gleichzeitig an? Gehen die Lampen nacheinander an? Gehen die Lampen sofort an? Bewegt sich die Information schneller als das Licht? Vermutlich gehen die Lampen später an. Deshalb gibt es ja Glasfaserkabel. Aber dann stellt sich mir noch immer die Frage, ob sie nacheinander oder gleichzeitig angehen.
Zugegeben, so ein langes Kabel wird es nie geben und auch der zu überwindende Widerstand wäre enorm. Aber vielleicht lässt sich das Gedankenexperiment auch auf ein 1-Meter langes Kabel und entsprechenden 0,0000... Sekunden im Weltraum übertragen.
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Diophant
Senior 
Dabei seit: 18.01.2019
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 | Beitrag No.1, eingetragen 2019-08-01
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Hallo,
für dein Gedankenexperiment fehlt IMO noch ein wesentliches Detail: wo sitzt die Spannungsquelle bzw. wie wird der Stromkreis geschlossen?
Die Kernfrage deines Anliegens scheint mir die zu sein, wie schnell sich die Spannung ausbreitet. Das geschieht annähernd mit Lichtgeschwindigkeit, ist aber nicht mit der Fließgeschwindigkeit der Elektronen zu verwechseln. Diese ist wesentlich niedriger.
Gruß, Diophant
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Scynja
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Dabei seit: 23.02.2011
Mitteilungen: 566
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| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2019-08-01
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Hallo Diophant,
auf dem Mond ist der Pluspol und auf der Erde ist der Minuspol. Der Stromkreis wird über einen einfachen Schalter geschlossen. Also das Kabel wird mit Betätigen des Schalters geschlossen / verbunden.
Falls die Position eine Rolle spielt, befindet sich der Schalter auf 1/3 der Strecke von der Erde aus gesehen.
Da du nach der Position der Spannungsquelle gefragt hast, gibt es wahrscheinlich einen Unterschied, wenn Plus- und Minuspol auf der Erde liegen und das Kabel von Mond-Minus ohne Lampe und von Mond-Plus mit Lampe verläuft.
Breitet sich die Spannung denn von beiden Seiten aus?
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Diophant
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Dabei seit: 18.01.2019
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| Beitrag No.3, eingetragen 2019-08-01
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Hallo,
\quoteon(2019-08-01 11:34 - Scynja in Beitrag No. 2)
auf dem Mond ist der Pluspol und auf der Erde ist der Minuspol.
\quoteoff
Das funktioniert aber so nicht. Es heißt ja nicht umsonst Stromkreis...
\quoteon(2019-08-01 11:34 - Scynja in Beitrag No. 2)
Der Stromkreis wird über einen einfachen Schalter geschlossen. Also das Kabel wird mit Betätigen des Schalters geschlossen / verbunden.
Falls die Position eine Rolle spielt, befindet sich der Schalter auf 1/3 der Strecke von der Erde aus gesehen.
Da du nach der Position der Spannungsquelle gefragt hast, gibt es wahrscheinlich einen Unterschied, wenn Plus- und Minuspol auf der Erde liegen und das Kabel von Mond-Minus ohne Lampe und von Mond-Plus mit Lampe verläuft.
\quoteoff
Wie gesagt: so wird das nichts, denn das was du Plus- bzw. Minuspol nennst, muss ja ebenfalls irgendwie direkt oder indirekt miteinander verbunden sein, damit ein Stromfluss zustande kommt.
\quoteon(2019-08-01 11:34 - Scynja in Beitrag No. 2)
Breitet sich die Spannung denn von beiden Seiten aus?
\quoteoff
Da würde ich sagen, dass das von der Art der Spannungsquelle abhängt. Wenn das eine Batterie ist, die tatsächlich an beiden Enden von Null verschiedene Potentiale aufweist, dann schon.
Gruß, Diophant
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egf
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| Beitrag No.4, eingetragen 2019-08-01
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\quoteon(2019-08-01 11:10 - Scynja im Themenstart)
Bewegt sich die Information schneller als das Licht?
\quoteoff
Das hast du glaube ich nicht so gemeint und keine Ahnung ob du das spannend findest, aber für "Information" im informationstheoretischen Sinne: Ich hatte mal ein Seminar zu Quanteninformationstheorie gemacht, dort wurde das in einigen Papers thematisiert. Die Antwort ist "Nein", egal welche "Tricks" man versucht (z.B. Verschränkung und nicht-Lokalität und solche Dinge)
\quoteon(2019-08-01 11:59 - Diophant in Beitrag No. 3)
Hallo,
\quoteon(2019-08-01 11:34 - Scynja in Beitrag No. 2)
auf dem Mond ist der Pluspol und auf der Erde ist der Minuspol.
\quoteoff
Das funktioniert aber so nicht. Es heißt ja nicht umsonst Stromkreis...
\quoteoff
Warum soll das nicht gehen, wenn eine Potentialdifferenz gegeben ist?
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Diophant
Senior
Dabei seit: 18.01.2019
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| Beitrag No.5, eingetragen 2019-08-01
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@egf:
\quoteon(2019-08-01 12:28 - egf in Beitrag No. 4)
Warum soll das nicht gehen, wenn eine Potentialdifferenz gegeben ist?
\quoteoff
Wenn man es noch eine Stufe unrealistischer sieht, dann geht das natürlich. So lange, bis diese Differenz ausgeglichen ist...
Gruß, Diophant
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Scynja
Senior
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| Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2019-08-01
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Ich habe weiter nach Informationen gesucht und offensichtlich kann man tatsächlich keine zwei Batterien miteinander nutzen, wenn man ausschließlich den Minuspol von der einen und den Pluspol von der anderen Batterie nutzt.
Ich bin immer davon ausgegangen, dass sich die Potenziale einfach nur ausgleichen und deshalb ein einfaches Kabel reicht. Beim Blitz, der auf die Erde schlägt sieht man auch nur einen Lichtbogen nach unten und nicht noch einen zweiten Blitz, der zur Wolke aufsteigt. Andererseits kommen Wolkenblitze selten alleine.
@egf, wenn die Informationsgeschwindigkeit durch die Spannungsausbreitungsgeschwindigkeit begrenzt wird, kann sie natürlich nicht schneller als das Licht sein. Aber das bedeutet ja im Umkehrschluss, dass die Lichter entweder nacheinander leuchten, oder dass sie erst gemeinsam leuchten, wenn sich die Spannung über die gesamte Strecke ausgebreitet hat. Also nach 1,25 Sekunden.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.4 begonnen.]
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Diophant
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Dabei seit: 18.01.2019
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| Beitrag No.7, eingetragen 2019-08-01
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\(\begingroup\)\(\newcommand{\ba}{\begin{aligned}}
\newcommand{\ea}{\end{aligned}}
\newcommand{\bpm}{\begin{pmatrix}}
\newcommand{\epm}{\end{pmatrix}}
\newcommand{\bc}{\begin{cases}}
\newcommand{\ec}{\end{cases}}\)
Hallo nochmal,
man könnte schon folgendes Gedankenexperiment machen: man nimmt eine Batterie auf der Erde, bringt den einen Pol mit einem Pol einer Glühbirne zusammen, von deren anderem Pol legt man ein Kabel bis zur halben Entfernung zum Mond, dort endet es wieder an einem Pol einer Glühbirne, an deren anderem Pol ein weiteres Kabel bis zum Mond führt, wo die dritte Birne sitzt. Dort das gleiche Spiel und das Kabel von dieser Birne führt zurück zur Erde und endet am anderen Pol der Batterie.
Wenn du das jetzt so machst, dass du zu einem Zeitpunkt \(t=0\) direkt an der Batterie den Stromkreis schließt, dann wird die Lampe auf der Erde unmittelbar, die in der Mitte nach \(0.625s\) und die auf dem Mond nach \(1.25s\) leuchten. Wobei: bis du die beiden letzteren Birnen leuchten siehst, vergeht die gleiche Zeit nochmals, also würde man die in der Mitte nach \(1.25s\) und die auf dem Mond nach \(2.5s\) leuchten sehen...
Was sich da mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet ist ja im Prinzip die Front der durch die anliegende Spannung in Bewegung gesetzten Elektronen. Daher ist es bspw. für die mittlere Birne egal, an welchem der beiden Kabel sie hängt. Sie wird in beiden Fällen zur gleichen Zeit aufleuchten.
Gruß, Diophant\(\endgroup\)
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egf
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| Beitrag No.8, eingetragen 2019-08-01
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\quoteon(2019-08-01 12:49 - Scynja in Beitrag No. 6)
@egf, wenn die Informationsgeschwindigkeit durch die Spannungsausbreitungsgeschwindigkeit begrenzt wird, kann sie natürlich nicht schneller als das Licht sein. Aber das bedeutet ja im Umkehrschluss, dass die Lichter entweder nacheinander leuchten, oder dass sie erst gemeinsam leuchten, wenn sich die Spannung über die gesamte Strecke ausgebreitet hat. Also nach 1,25 Sekunden.
\quoteoff
Ich wollte eigentlich nur die interessante Tatsache erwähnen :-) , ich bin kein Physiker.
Ich hätte ja gesagt:
Das E-Feld wäre ja durch die Pole schon aufgebaut in deinem Gedankenexperiment, oder (resp. dir geht es nicht um die Ausbreitung des Feldes wenn ich dich richtg verstehe)? In Analgie hätte ich dann gesagt - sofern das Feld schon steht - hättest du einen "Berg" mit Spitze beim Mond und Tal bei der Erde (oder halt umgekehrt), die Ladungsträger als Kugeln darauf - die würden dann alle gleichzeitig in Bewegung.
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Scynja hat selbst das Ok-Häkchen gesetzt. |
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