In einem dünnen und einem dicken Kupferkabel ...
..Fließt ein Strom gleicher Stromstärke. Ist die gerichtete Bewegung der Elektronen gleich schnell?:/Bin mir grade voll unsicher://
2 Antworten
Die betr. Geschwindigkeit v ist umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche A des Leiters.
In Kupferdraht von A = 1 mm² und J = 1 A ist v kleiner als 0,1 mm/s .
Da habe ich mich einmal bemüht und wurde fündig bei einer Quelle (http://elektroniktutor.oszkim.de/grundlagen/geschw.html), für deren Seriösität ich (noch) nicht bürgen kann. Die Anzahl der Valenzelektronen wird hier explizit konstant gesetzt. Die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger wäre demnach direkt proportional zur Stromdichte:
"Mit zunehmendem Strom I müssen mehr Elektronen pro Zeiteinheit durch den Leiter bewegt werden. Ein elektrisch neutraler Leiter stellt nur eine bestimmte Anzahl an Elektronen zur Verfügung. Je mehr Strom fließen soll, desto schneller müssen sich die Elektronen durch den Leiter bewegen. Bei konstanter Temperatur, konstanter Querschnittsfläche und konstanter Ladungsdichte ist die Driftgeschwindigkeit v direkt proportional zum elektrischen Strom: v ~ I."
"In einer größeren Querschnittsfläche A befinden sich mehr Ladungsträger und für die gleiche Strommenge reicht eine geringere Elektronengeschwindigkeit aus. Die Driftgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Fläche: v ~ 1/A."
Vielen Dank!!
Ich habs jetzt.
Ich hab auch eine einleuchtende Veranschaulichung für den Sachverhalt gefunden:
Betrachte ich zwei Kupferkabel mit unterschiedlichen Querschnitten aber ansonsten gleichen Material und gleicher Länge. Beide haben einen von 0 verschiedenen Widerstand in der Gesamtschaltung. Bei dem dünneren Kabel ist der Widerstand größer als bei dem dickeren. Damit durch beide der gleiche Strom fließt (wie es die Fragerin gefordert hat), muss der Spannungsabfall über dem dünneren Kupferkabel höher sein als über dem dickeren. Die Feldstärke in dem dünneren Kabel ist als größer als in den dickeren - die Elektronen bewegen sich schneller.
Mein physikalisches Weltbild steht wieder auf sicheren Füßen!! ;-)
Nochmal vielen Dank für Eure Hilfe.
Bei gleicher Stromstärke ist die gerichtete Bewegung der Elektronen (Driftgeschwindigkeit) im dünneren Leiter größer.
Zum Vergleich: An Rohrverengungen erhöht sich die Fließgeschwindigkeit von Flüssigkeiten. An Verkehrsverengungen fließt der Verkehr schneller als im nicht verengten Stau davor.
Ich bin immer noch am Zweifeln:
Sind denn wirklich alle freien Valenzelektronen am Ladungstransport in einem metallischen Leiter beteiligt. Wenn ja, dann stimm ich zu. Dann müssen sich die Elektronen zwangsläufig schneller bewegen.
Ich jedoch denke, daß es nur ein verschwindend geringer Teil der Elektronen ist, der sich wirklich bewegt. Und wenn der Querschnitt des Leiters kleiner wird, dann wird eben dieser Anteil proportional entsprechend größer. Pro Volumeneinheit des Metalls sind dann mehr Elektronen unterwegs - aber nicht schneller.
Ich suche bereits heftig alle Physikforen und meine Büchersammlung darauf hin ab, ob die Felddichte einen Einfluß auf die Geschwindigkeit der Ladungsträger hat oder nicht.
Hilfe ist willkommen.