Elektrischer Strom, das sind keine Elektronen die fließen!

@OpenEyes
worauf willst du hinaus?

@jeremybrood

Darauf:

jeremybrood schrieb:Wirkt auf diese Leitungselektronen ein elektrisches Feld, beispielsweise hervorgerufen durch eine von außen angelegte Spannung, werden die thermischen Bewegungen durch die Driftgeschwindigkeit überlagert. Diese liegt meist im Bereich von 10−4 m/s und ist damit vergleichsweise klein...

@OpenEyes
Ja und? ...die Spannung verändert sich...
die Elektronen bewegen sich in metallischen Leitern trotzdem nicht mit Lichtgeschwindigkeit,
und sie "vibrieren" auch nicht mit Lichtgeschwindigkeit.

Natürlich können sich Elektronen auch mit Lichtgschwindigkeit und Überlichtgeschwindigkeit bewegen, aber in ganz anderen Fällen:
Tscherenkow-Strahlung
Wikipedia: Tscherenkow-Licht

@jeremybrood

Und? sin 10 hoch -4 Meter/Sekunde Lichtgeschwindigkeit?

?
die von der Spannungsänderung hervorgerufene geschwindigkeitsänderung der elektronen
beträgt 10 hoch minus 4 meter pro sekunde, also einfacher ausgedrückt
ein paar millimeter pro sekunde. :)
Wikipedia: Driftgeschwindigkeit
(die zitierfunktion bei allmystery hat das "hoch minus" nicht richtig wiedergegeben,
vielleicht hat dich das vewirrt)

@jeremybrood

Hey,
ich denke um zu zeigen, dass Elektronen eben nicht mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Leiter rasen, sondern etwas anderes mit dieser Geschwindgikeit gemeint ist, ist das Beispiel eigentlich ganz gut :)

lg, Askar

@jeremybrood
Kommt nun natürlich auf den User an.
Das Board hier ist prinzipiell ja nicht gerade Homogen :) !

Wenn ein User z.B. in der 10ten Klasse ist, sollte diese Antwort recht zufriedenstellend sein.
Einem Physikstudent hingegen würde das Beispiel wahrscheinlich nicht genügen.

Ist eben eine Frage wie man das didaktisch herunterbricht.

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Ok hier für die Mathe/Physik Junkies unter euch:

Angenommen wir haben einen elektrischen Leiter, welcher aus Kupfer besteht und einen Querschnitt von einem quadratmillimeter hat.
Durch diese Leitung fließt nun ein Strom von 1A über eine Stunde.

Als erstes betrachten wir die Ladungsmenge und wieviele Elektronen durch den Leiter geflossen sind.

Der Strom ist über die elektrische Ladung deffiniert:

Also:

I = Q/t

Wir gehen davon aus, dass der Strom über die Zeit konstant ist!
sonst natürlich I = dQ/dt

Q = I * t
Q = 1A * 3600
Q = 3600As

Elementarladung:

N = Q/q0
N = 3600As/1,6 * 10^-19As
N = 2,25 * 10^22

Das bedeutet für uns, dass 2,25 * 10^22 Elektronen in dieser Stunde durch
den Letiter geflossen sind.

Das nächst Spannende wäre die Raumladungsdichte:

Atome pro cm^3
n = gamma/mcu

n = 8,93g/cm^3/106*10^-24
n = 8,424*10^22/cm^3


p = Q/V= (n*q0+V)/(V) = n*q0
p = 8,242*10^22/cm^3 * 1,6*10^-19As
p = 13,5*10^3 As/cm^3

Es sind also in 1cm^3 rund 8,424 Elektronen für die Leitung vorhanden
und die Raumladungsdichte beträgt 13,5*10^3 As/cm^3

Nun können wir die Driftgeschwindigkeit relativ einfach berechnen!

Wir wissen nun:

in 3600s 2,25*10^22 Elektronen duch den Leiter fließen.
in 1cm^3 sind 8,42453*10^22 Elektronen vorhanden.

Driftgeschwindigkeit: vd = dsi/dt

V = 2,25*10^22/8,42453*10^22cm^-3
V = 0,26708cm^3

IL = V/Asenkrecht = 267,08mm^3/ 1mm^2 = 267,08mm

vd = 267,08mm/3600s
vd rund 0,074mm/s

Die Driftgeschwindigkeit beträgt also rund 0,1mm/s


Zur erinnerung das Licht legt in einer Sekunde etwa 299792458 Meter zurück :)

lg, Askar