Wie schafft es ein elektrischer Leiter zu leiten, obwohl er im Inneren feldfrei ist?
Der Stromfluss in einem von Gleichstrom durchflossenen Leiter wird immer so erklärt, dass bei Anlegen einer Gleichspannung auf die Elektronen im Inneren eine Kraft wirkt.
Das ohm'sche Gesetz sagt, dass die Stromdichte im Leiter proportional zur elektrischen Feldstärke ist: j=σE.
Wie kann dieses elektrische Feld existieren, wenn ein anderer Lehrsatz lautet "Das Innere eines Leiters ist immer feldfrei?".
Ist das elektrische Feld im Falle einer anliegenden Spannung im Inneren also j/σ oder 0 ?
6 Antworten
"Das Innere eines Leiters ist immer feldfrei?".
dieser satz gilt in der elektrostatik fuer externe felder.
er ruehrt daher, dass die frei beweglichen ladung im leiter sich immer so verteilen, dass die leiterobeflaeche eine aequipotentialflaeche darstellt. und innerhalb einer geschlossenen aequipotentialfaeche ist das E-feld 0. sobald dieser zustand also einmal erreicht ist, gilt obiger satz.
wenn du nun an beiden enden des leiters eine spannung anlegst, dann werden die freien ladungen im leiter eben genau das tun: sie fliessen von einem ende zum anderen um die potentialdifferenz auszugleichen. und das tun sie so lange, bis dies erreicht ist ("die batterie ist leer"). und dann bist du wieder in der situation die wir in der elektrostatik haben (E-feld 0, kein ladungsfluss mehr)
und diesen fluss der ladungstraeger bezeichnet man als elektrischen strom.
Feldfrei wäre das innere eines Leiters nur bei einem Supraleiter, da fließt ja auch ein einmal angelegter Strom unendlich lange weiter. In einem ohmschen Leiter besteht immer eine Potentialdiffezenz in Richtung Ladungsträgerbewegung (und damit auch ein Feld).
Weil das was an Ladung hereinfließt wieder am anderen Ende herausfließt.
Stell dir einen großen Fluss vor: der hat kaum ein Gefälle (ist also feldfrei), trotzdem fließt das Wasser weiter.Gäbe es keine Reibung, würde es sogar mit Gefälle = 0 funktionieren
Ich bin jetzt kein Physiker, aber für mich ist das innere des Leiters immer Feldfrei, weil das elektrische Feld außen herum gebildet wird, sobald eine Elektrische Ladung bewegt wird und das passiert erst, wenn Strom fließt.
Da die Magnetkraft nach allen Richtungen wirkt, hebt sie sich im Inneren selbst auf, da links und rechts vom Mittelpunkt immer exakt die gleiche Kraft aus entgegengesetzten Richtungen zur Mitte erzeugt wird.
Ich setze mal vorraus, dass keine Hemmnisse im Leiter zu beachten sind (Leitungswiderstände in Kupferdraht und sowas)
Ist wie das Verhältnis mit Flieh- und Anziehungskraft, nur dass es nicht 2 verschiedene Kräfte sind, sondern die Gleiche aus beiden Richtungen.
Der Satz Stromdichte ist Proportional zur Feldstärke ist einfach nur der Umkehrschluss, weil man das Feld ja messen kann, wenns mal aufgebaut ist - damit sind Rückschlüsse möglich.
Korrigiert mich, wenn ich falsch liegen sollte.
Wir müssen hier zwischen Elektrostatik und Elektrodynamik unterscheiden.
Die Elektrostatik betrachtet den Fall, dass sich Ladungen nicht bewegen, oder sehr langsam gegenüber der Zeit, die ein Ausgleich von Potentialdifferenzen in Leitern braucht. Hier ist das Innere eines Leiters tatsächlich immer feldfrei, das ist ein Gesetz der Elektrostatik.
Aber es ist kein Gesetz der Elektrodynamik - hier haben wir schnell bewegte Ladungen - "schnell" heißt hier, dass die Zeit, die ein Ladungsträger von einem Ende eines Leiters zum anderen Ende braucht, nicht mehr vernachlässigt werden kann. Und in diesem Fall spielen die Kräfte, die zur Beschleunigung der Ladungsträger und/oder zur Überwindung ihrer "Reibung" im Innern eines Leiters nötig sind, eine entscheidende Rolle; insbesondere sind Leiter hier keineswegs immer feldfrei.