Wieso scheint der Stromfluss unendlich schnell zu sein?
Ich habe mich schon immer dieses Frage gefragt.
Vielen Dank im Voraus!
7 Antworten
Elektronen fließen nicht besonders schnell, nämlich nur 0.1mm/s. Das elektrische Feld bewegt sich dagegen mit Lichtgeschwindigkeit. Die ist im Leiter deutlich niedriger als im Vakuum, etwa 200'000 km/s statt 300'000 in Vakuum. Das kommt uns ziemlich schnell vor, ist aber endlich.
Wenn du also an einem Ende des Leiters Elektronen zufügst, breitet sich das elektrische Feld mit 200'000km/s durch den Leiter aus und nach der entsprechenden Zeit fließen Elektronen auf der anderen Seite ab. Die einzelnen Elektronen bewegen sich dabei langsam.
Hallo Julian407,
vielleicht kannst Du das NEWTONsche Pendel, bei dem z.B. 5 Metallkugeln so aufgehängt sind, dass sie sich gerade berühren. Hebst Du eine an uns lässt sie wieder fallen, bewegen sich die drei in der Mitte überhaupt nicht, nur die letzte Kugel springt fast so hoch wie die erste war (etwas Energie verliert das System schon in Form von Schall.
Bei Elektronen ergibt es wenig Sinn, von ,,berühren" zu sprechen, aber sie üben elektrische Abstoßungskräfte aufeinander aus. Und die sind enorm.
In 1mm³ gibt es knapp 8,5×10¹⁹ Kupferatome und damit (mindestens) ebenso viele freie Elektronen. Deren Gesamtladung liegt also bei etwa -13,5C, die natürlich durch die Ladungen der Atomrümpfe von +13,5C ausgeglichen werden.
Jeweils ±1C ist also in ca. 0,074mm³ Kupfer enthalten, z B. einem Draht mit 0,1mm² Queerschnitt und ca. 0,74mm Länge. So weit driften die Elektronen in so einem Draht daher in 1s.
Die Ladung scheint also alltäglich, aber zwei Mit je ±1C geladene Kugeln würden einander noch auf 1km Entfernung mit 9000N anziehen, was dem Gewicht von 918kg entspricht. Auf 1m Entfernung wären es knapp 9 Milliarden N. Kein Wunder also, dass jeder ,,Elektronenstau" innerhalb des Leiters daher ,,sofort" ausgeglichen wird.
Zur Zahl der Atome/Elektronen in 1mm² Kupfer: http://www.chemikerboard.de/topic,13341,-kupfer.html
Der Stromfluss geschieht mit Lichtgeschwindigkeit. Deshalb ist er nicht unendlich schnell. Manche Schaltvorgänge über größere Strecken kann man daher in der zeitlichen Verzögerung erkennen.
Die Wirkung des Stroms setzt sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und ein Elektronentransport findet nur im geringen Umfang statt.
Das kann man mit einer Reihe Biliardkugeln vergleichen,die in eine Reihe angeordnet sind.
Vorne trifft eine Kugel auf die 1.te Kugel in der Reihe und auf diese wird dann die Energie übertragen.
Dann wird diese Energie von Kugel zu Kugel übertragen,bis sie am Ende ankommt.
Die Elekronen selbst bewegen sich mit ca. 0,3 mm/s. im Kupferdraht.
Aber Die Ausbreitung von Strom in Kupfer erfolgt nahezu mit ca. 0,7* Lichtgeschwindigkeit.
Also, es ist die Ausbreitung, nicht der Elektronenfluss was die (gefühlte) "unendliche" Geschwindigkeit ausmacht.