Frage von roromoloko, 83

Warum leuchtet die Glühlampe ohen Verzögerung?

Das steht in meinem Buch: Wird ein Gleichstromkreis mit einer Glühlampe geschlossen, leuchtet die Glühlampe ohne merkliche Verzögerung auf.

(Das Kapitel handelt auch von Leitungsvorgängen und Driftgeschwindkeiten)

Ich frage mich wie das möglich ist, obwohl die Dirftgeschwindkeit in metallischen Leitern nur wenige mm je Sekunde beträgt...? Sind die Wege etwa so klein?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 15

Die Glühlampe leuchtet deshalb ohne merkliche Verzögerung, weil der Glühfaden wenig Masse und damit wenig Wärmekapazität hat. Mit der Geschwindigkeit des Stromes oder der Elektronen hat das nichts zu tun.

Leute, wo lebt Ihr eigentlich alle? Jedes elektrische Bügeleisen und jeder elektrische Wasserkocher braucht eine Weile zum Warmwerden. Laufen die mit einer langsameren Stromsorte?

Kommentar von roromoloko ,

Was hat das genau mit der Wärmekapazität zu tun, wund wieso nicht mit der Lichtgeschwinidkeit?

Kommentar von Franz1957 ,

Die Wärmekapazität eines Körpers bestimmt, wieviel Energie man benötigt, um ihn zu erwärmen. Damit bestimmt sie auch, wie lange es dauert, ihn zu erwärmen, wenn man eine bestimmte Leistung zuführt. 

Auch eine Glühlampe leuchtet nicht ohne Verzögerung auf. Sie braucht ein paar Millisekunden, bis sie auf Arbeitstemperatur ist, aber das ist halt schneller als unsere Augen auflösen können. Deshalb sagt Dein Buch, daß sie ohne merkliche Verzögerung aufleuchtet.

Mit einer hinreichend schnellen Zeitlupe gefilmt, wäre die Verzögerung aber durchaus merklich, und es würde dann auch deutlich, daß die Glühlampe bei weitem zu langsam aufleuchtet, um die Lichtgeschwindigkeit hier mit hineinziehen zu können.

Was der Verfasser Deines Buches anhand der Glühlampe zeigen will, weiß ich nicht. Aber mich beschäftigt jetzt eher, wieso wir Freunde der Physik hier, mich eingeschlossen, bei diesem simplen Sachverhalt gleich Sachen wie Lichtgeschwindigkeit im Kopf haben, und wieso ich gestern erst mit merklicher Verzögerung (in der Größenordnung Minuten) wieder auf den Teppich runter kam. Die endliche Signalfortpflanzungsgeschwindigkeit in den Nervenzellen mag ich dafür nicht verantwortlich machen. Könnte es sein, daß (über-)lichtschnelle Raumschiffsphantasien, schwarze Löcher und Zeitreisen in unserer Ideensphäre hier die  unbedenkliche Höchstkonzentration überschritten haben...?

Antwort
von Parhalia, 49

Das Leuchten einer Glüh (faden) Lampe rührt aus der Erhitzung des Glühdrahtes an sich. Da Wolfram einen hohen elektrischen Widerstand hat, so erhitzt sich der Draht je nach Auslegung und Stromfluss durch die Wendel binnen Millisekunden auf weit über 1000 Grad durch die Reibung der durchgehenden Elektronen an den Atomen des Metalles.

Antwort
von ThomasJNewton, 27

Aus dem gleichen Grund, aus dem sofort Wasser aus dem Wasserhahn kommt, obwohl der Weg vom Wasserwerk bis zu dir nach der Fließgeschwindigkeit Stunden beträgt.

Im ganzen Leitungssystem herrscht ein Druck. Und der Druck am Wasserhahn presst erst mal die ersten Tropfen heraus, zumal ja sowohl Wasser als auch die Leitungen in gewissem - wenn auch geringen - Maße "elastisch" sind, also kompressibel.

Dadurch sinkt natürlich der Druck direkt am Wasserhahn, und diese Druckwelle - vielmehr Unterdruckwelle - pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit vom Hahn in Richtung Wasserwerk fort, und "saugt" Wasser nach.

Klingt doch irgendwie einleuchtend, oder?

Dann ersetze

  • "Druck" durch "Spannung"
  • "Schallgeschwindigkeit" durch "Lichtgeschwindigkeit"
  • "Fließgeschwindigkeit" durch "Dirftgeschwindkeit"
  • "Hahn" durch "Schalter"
  • "Waschbecken" durch "Glühbirne"

Dann weißt du, wie es beim Elektrischen Strom ist.

Antwort
von oelbart, 34

Die Wege sind nicht so kurz, aber die Energie wird schnell übertragen. Das ist ein bisschen wie bei diesem Büro-Kugelspiel wo fünf Murmeln an einem gestell aufgehangen sind und Du die gegeneinander schwingen/schlagen lassen kannst (google "Büro-Kugelspiel", wenn Dir nicht klar ist, was ich meine):

Die Kugeln bewegen sich zwar relativ langsam, aber wenn eine Kugel ganz links gegen die vier Kugeln in Ruhelage stößt, schwingt "sofot" die Kugel ganz rechts von weg. "Sofort" im Sinne von: Wesentlich früher, als die schwingende Kugel den Weg zurückgelegt hätte.

Beim Strom ist es genauso, nur dass die "Murmelkette"/"Elektronenkette" noch wesentlich länger ist. Obwohl also das einzelne Elektron sich recht langsam bewegt, setzt sich der ganze "Zug" sehr schnell in Bewegung.

Kommentar von Wechselfreund ,

Hab diese Antwort zu spät gelesen, hätte mir meine dann schenken können...

Antwort
von BurkeUndCo,

Die Glühlampe leuchte nicht ohne, sondern mit Verzögerung.

Zuerst muss der Draht durch Strom zum Glühen gebracht werden.

 Nur Du bist zuz langsam um das zu sehen.

Antwort
von FNATICA, 53

Warum leuchtet die Glühlampe ohen Verzögerung?

Tun sie doch gar nicht, es ist eine Verzögerung da, nur eine sehr minimale im Milli-Sekunden Bereich. Stichwort: Lichtgeschwindigkeit und Reibung der Elektronen am Metall.

Kommentar von roromoloko ,

Und wieso ist die so klein?

Kommentar von FNATICA ,

Wolfram Drähte in klassischen Glühbirnen besitzen, wie jemand zuvor bereits erwähnt hat, einen sehr hohen Widerstand. Das führt dazu, dass sich der Draht innerhalb sehr kurzer Zeit erhitzt. Zwar sind Elektronen selbst bei Kupfer- / Wolfram- Drähten sehr langsam, allerdings breitet sich das Licht ( also das Glühen des Wolframdrathes ) mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus. 


Kleiner Vergleich, welcher beweist, dass man sich nicht immer auf die Elektronen verlassen soll: ein Telefonsignal von Hamburg nach Stuttgart würde rund 170 Jahre brauchen, wenn es über Elektronen übertragen werden würde, auf Kupferdrähten. Allerdings ist ein Telefonsignal lediglich ein Impuls, der mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, was zB. Latenzen zwischen New York und London mit nahezu 30-40ms ermöglicht. ( Apollo SCS ).


Außerdem breitet sich ein Elektron nicht einzeln aus und das hängt auch von der Stromstärke ( Ampere ) ab.

Kommentar von Franz1957 ,

Die Verzögerung ist deshalb so klein, weil die Wärmekapazität des Glühdrahtes so klein ist und er deshalb schon nach ziemlich kurzer Zeit seine Betriebstemperatur um ca. zweieinhalbtausend K erreicht.

Bei einem Elektroheizstrahler ist die Wärmekapazität des Glühkörpers deutlich größer und man kann zuschauen, wie er langsam warm wird.

Kommentar von FNATICA ,

Genau das wollte ich eigentlich mit meinem ersten Absatz sagen, jedoch hast du es um einiges besser formuliert.

Antwort
von Wechselfreund, 22

Die Leitungs-Elektronen können als "dicht an dicht stehend" betrachtet werden, wie Münzen, die aneinanderliegen. Wird die letzte angestoßen, so kommt die Störung fast sofort bei der ersten an, durch deren Bewegung wird der Glühdraht erhitzt.

Antwort
von JustusMorgan, 61

Wenn du mit Dirftgeschwindigkeit Lichtgeschwindigkeit meinst: Der Strom hat Lichtgeschwindigkeit (300000 Km p.s.) egal welcher Leiter. Es kann sich nur der Widerstand ändern. Eine Verzögerung ist nicht zu bemerken, da der Strom einfach verdammt schnell ist.

Kommentar von roromoloko ,

Ich glaub nicht, dass das mit Driftgeschwindigkeit gemeint ist:

Ich zitiere wieder aus meinem Physik-Buch

Für die Beschriebung von Leitungsvorgängen genügt die Vorstellung, dass sich die zahlreichen Elektronen zwar nicht einzeln, jedoch im MIttel mit einer Driftgeschwindkeit vD gleichförmig im elektrischen Feld bewegen.

Kommentar von Wechselfreund ,

Der Strom hat Lichtgeschwindigkeit (300000 Km p.s.) egal welcher Leiter.
Was verstehtst du unter "Strom". Fließende Elektronen im Draht haben bei weitem nicht Lichtgeschwindigkeit.

Kommentar von roromoloko ,

Fließende Elektronen bilden doch den Strom?

Kommentar von JustusMorgan ,

Eben, und natürlich haben die Lichtgeschwindigkeit.

Kommentar von jorgang ,

Nein!

Kommentar von Franz1957 ,

Keinesfalls haben die Elektronen Lichtgeschwindigkeit. Sie haben nämlich eine Ruhemasse und der Energieaufwand, um sie auch nur in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen steigt, wie bei allen anderen massebehafteten Objekten, mit dem Lorentzfaktor, d.h. ganz steil in Richtung Unendlich.

https://de.wikipedia.org/wiki/Masse\_%28Physik%29#Relativistische\_Masse

Kommentar von jorgang ,

Die Signalgeschwindigkeit nicht die Elektronengeschwindigkeit geht mit Lichtgeschwindigkeit (das muss aber nicht dir Vakuumlichtgeschwindigkeit sein). Auf Leitungen ist die kleiner, man muss nur mal die Zeit messen, die ein Signal auf einer Leitung braucht. Da kann man beim Koaxkabel auf die halbe Vakuum-Lichtgeschwindigkeit kommen. Ein BNC-Kabel leitet das Signal z.B. mit 6 ns/m oder 167000 km/s

Kommentar von JustusMorgan ,

Friede, Freude Eierkuchen.

Kommentar von JustusMorgan ,

Okay, danke, man lernt nie aus.

Antwort
von JustusMorgan, 50

Was haben Driftgeschwindigkeiten mit Elektrischer Leitung zu tun?

Kommentar von ThomasJNewton ,

Die Elektrische Leitfähigkeit ermöglicht, dass die Elektronen "driften"?

Kommentar von JustusMorgan ,

Danke.

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