Entsteht das licht einer Glühbirne durch Reibung der elektronen?
Ein Draht kann nur eine gewisse Menge abhängig von seinem Durchmesser an elektronen durchlassen .legt man eine Spannung an einem draht an so fließt der strom sprich die elektronen ... erhöht man die spannung so fließen auch mehr elektronen hindurch jetzt sind allerdings so viele , dass der draht anfängt heiß zu werden und später glüht aber wieso ? Wiedo wird der draht heiß ist es wirklich einfach die Reibung der elektronen an einander ? ,dass die überflüssige Energie als Licht bzw wärme freigesetzt wird ?
4 Antworten
Der Draht erwärmt sich durch die Energie, die die Elektronen verlieren (da er einen elektrischen Widerstand hat). Allerdings ist das keine Reibung der Elektronen untereinander, sondern Wechselwirkung mit dem Leitermaterial (Streuung an Kristallfehlern und am Kristall, vereinfacht gesagt). Dadurch nimmt der Leiter Energie auf und wird erhitzt.
Das ist wirklich eine interessante Frage.
Ich würde mit "Es handelt sich um einen Quanteneffekt" antworten. Die Elektronen durchströmen den elektrischen Leiter (hier einen Draht) und regen Elektronen der Leiteratome an. Zum Beispiel werden die Elektronen von Kupferatomen angeregt auf ein höheres Energieniveau zu springen. Dabei verlieren die Elektronen, die sich durch den Leiter bewegen etwas Energie, dies ist der elektrische Widerstand des Leiters.
Das angeregte Elektron des Kupferatoms verliert allerdings nach einer gewissen Zeit seinen Anregungszustand, fällt also auf ein niedrigeres Energieniveau zurück. Die überschüssige Energie wird in Form von Photonen abgestrahlt. Je nach Wellenlänge der abgestrahlten Photonen sind diese sichtbar, oder eben "nur" als Wärme zu spüren.
Das Anregen der Elektronen auf ein höheres Energieniveau, bzw. das Zurückfallen der Elektronen auf ein niedrigeres Energieniveau nennt man übrigens Quantesprung. Dieser durchaus berühmte Name kommt daher, dass nur bestimmte Energieniveaus möglich sind. Man spricht hier von Quantisierung.
Es ist übrigens ganz typisch, dass sich angeregte Elektronen wieder auf ein niedrigeres Energieniveau begeben. In der Natur strebt alles darauf hin ein niedrigeres, stabileres Energieniveau zu erreichen.
Ganz interessant bei dem Thema sind übrigens sogenannte Supraleiter, hier gibt es keinen elektrischen Widerstand und demnach werden auch keine Photonen emittiert.
Von Reibung kann man also bei Elektronen im elektrischen Leiter nicht sprechen, es ist eine "andere Welt", die sich mit Alltagsbegriffen schwer erklären lässt (siehe Welle-Teilchen-Dualismus). In der Schule wird allerdings auch noch in höheren Klassen von so einer Reibung gesprochen, da man wohl gar nicht erst mit Quantenmechanik anfangen will - warum auch immer.
Grüße
Ich stimme zu, dass es in der Physik Theorien gibt, die "schwer zu fassen sind". Leider bin ich nicht davon überzeugt, dass man dann auf sehr simple, aber unpassende Erklärungen ausweichen sollte.
Beispiel "Reibung im elektrischen Leiter". Wenn ich mit der Erklärung errechnen möchte welches Farbspektrum vom Leiter emittiert wird, dann werde ich mit "Reibung" nicht weit kommen.
Darum bin ich mit dem Vorgehen in der Schule auch nicht einverstanden. Dort wird der historische Ablauf in der Entwicklung der Physik (und andere Fächer) durchgespielt. Wie oft musste ich hören, "dieses Modell kann das nicht erklären, das kommt erst in höheren Klassen". Das hat mir den Spaß an der Sache sehr verdorben. Das was ich lerne ist im Grunde nicht der neuste Stand der Erkenntnis und wird später ersetzt. War nicht besonders motivierend. Von mir aus kann man ja Physikgeschichte machen, aber bitte auch mit aktuellen Theorien früh anfangen.
Und ja, man kann auch Quantenphysik einem 10-Jährigen näher bringen. Der hat wohl einen besseren Zugang zu solchen Dingen als ein 60-Jähriger Oberstudienrat der Zeit seines Lebens Quantenphysik strikt abgelehnt hat und als zu "esoterisch" empfindet. Und wir benötigend dringend Menschen, die einen "Zugang" haben - die erschaffen nämlich die Welt von morgen.
Gruß
Ich bin so weit einverstanden mit Deiner Erklärung, dass die Elektronen den Draht "heiß reiben". Aber was soll an der als "Licht bzw. Wärme frei gesetzten Energie" nun "überflüssig" sein? Da vermute ich einen seltsamen Gedankenfehler. Nach welchen Gesichtspunkten sortierst Du hier notwendige und "überflüssige" Energie-Anteile?
Wird bei der Elektroheizung etwa "überflüssige Wärme" und bei der Glühlampe "überflüssiges Licht" genutzt?
überflüssig ist vielleicht falsch ... ich meine damit zu viel strom für den Draht so dass er anfängt zu glühen ... es gibt ja keine idealen leiter .. jeder leiter hat ja seinen Innenwiderstand natürlich ist bei einer Glühbirne dies nicht überflüssig sonder gewünscht ...
Es ist die interaktion (reibung im klassischen sinne ist es nicht) der elektronen mit dem leiter, nicht untereinander. Also die interaktion der elektronen mit dem gitter von dem wolfram draht.
Jeder stoff gibt eigentlich licht bzw. wärme ab, aber desto heißer er ist desto mehr gibt er ab. Bei der glühbirne wird halt ein großer teil durch infrarotlicht abgegeben und auch etwas durch wärmeleitung durch den draht an das gehäuse und das glas, aber nicht besonders viel im vergleich zu der EM strahlung. Sichtbares licht sind 2% oder so. Also am ende wird die gesamte energie die du reinsteckst zu sichtbarem licht und hitze.
ich kenne leider mehr als genügend leute, die schon mit dem einfachen prinzip der reibung überfordert sind :-D
ich sag mal für den normalsterblichen reicht es auch aus zu wissen, dass da so eine art reibung stattfindet... aber eine sehr schöne intressante erklärung...
lg, Anna