Wieso bewegen sich Elektronen in einem Stromkreis?
Hallo,
wir müssen in der Schule diese Seite durchlesen:
thttps://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/grundwissen/atomare-vorstellungen-der-elektrizitaet
Das Prinzip davon verstehe ich grundsätzlich.
Aber mir ist unklar, wieso immer Elektronen am bewegen sind. Auf der Seite heißt es, dass bei elektrischen Leitern Elektronen sich frei bewegen können. Bei Isolatoren hingegen nicht. Aber wieso?? Wieso können seich Elektronen bei Leitern von Atomkern zu Atomkern hüpfen, aber bei Isolatoren nicht?
Und wieso bewegen sich die Elektronen und die Atomkerne nicht?
Bei einer Animation auf der Website (Abb. 8) sieht man, wie der negativ geladene Körper die Elektronen abstoßt, aber nicht den Atomkern anzieht. Wieso können die Atomkerne sich nicht bewegen?
3 Antworten
In Feststoffen sind die Atomkerne an ihren Platz gebunden daher ist der Stoff ja auch fest.
Würden sich die Atomkerne bewegen können ist der Stoff flüssig oder gasförmig.
In Metallen sind die Valenzelektronen nur schwach gebunden und können daher ihren Platz leicht wechseln und sind daher frei beweglich. Das ist auch der Charakter der Metallbindung.
In Isolatoren sind die Elektronen sehr stark an die Kerne gebunden und können sich daher nicht bewegen.
Das hat damit eher weniger zu tun.
Die Metallbindung ist dadurch charakterisiert, dass sich alle Atome im Gitter ihre Valenzelektronen teilen. Für das Elektron ist es damit egal ob es sich bei Atom A, Atom B oder Atom C befindet und darum ist es beweglich.
Wären die Elektronen fest an ein Atom gebunden wäre ja keine Stromleitung möglich.
In so fern darf man sich die Metallbindung auch nicht so vorstellen wie zB die Kovalente Bindung oder Ionenpaarbindung wo die Elektronen fest gebunden sind.
In Halbleitern zB ist aber der Unterschied deutlich. Im Normalfall sind die Elektronen hier fest kovalent gebunden. Wenn man ihnen Energie zufügt wandern sie in die nächste Schale des Atomkerns und da diese Schale bei allen Atomen frei ist kann sich das Elektron dann von Atom zu Atom bewegen.
In Metallen ist es jetzt aber so, dass für diesen Zustand eben keine Energie notwendig ist und die Elektronen sich daher immer frei bewegen können.
ok, danke. es liegt also an den Eigenschaften der Metallbindung
Die Leitung bei Metallen kann eben genau dadurch begründet werden ja.
Für Halbleiter gilt das natürlich nur bedingt wie oben erwähnt.
Für Ionenleiter wie zB Salzlösungen gilt das natürlich gar nicht, denn da bewegen sich ja die geladenen Atomkerne, also die Ionen.
Ein Atomkern ist viel massiver als ein Elektron, und besteht aus vielen Protonen und Neutronen, während die Elektronen sich um den Kern in verschiedenen ebenen umkreisen.
Und nun wird es etwas chemisch :)
Ob ein Material leitet oder nicht, ist von der Anzahl der Elektronen in der äußersten Bahn abhängig. Ein Atom ist immer bemüht eine vollständige Anzahl von Elektronen zu haben. Bei Leitern ist das nicht der Fall, Sie haben entweder "überflüssige" oder "fehlende" Elektronen. Deswegen können sich Elektronen quasi von einem Kern zu einen benachbarten Atom "springen", sie sind also beweglich, das ist schlussendlich das was man als Stromfluss sieht.
Bei Isolatoren ist das nicht der Fall, sie haben eine volle Elektronenanzahl.
„Eine vollständige Anzahl an Elektronen zu haben“, in der äußersten Schale?
Metalle geben also Elektronen ab und nehmen welche auf, um in der äußersten Schale eine volle Elektronenzahl zu erreichen, korrekt? Was wenn das Atom dies aber erreicht? Dann wird es doch zum Isolator-Atom, da es keine Elektronen mehr leitet, weil es ja keine mehr abgeben oder aufnehmen will, oder?
Bisher wurde nur erläutert, warum sich Elektronen grundsätzlich bewegen KÖNNEN. Warum bewegen diese sich nun aber?
Antwort: Wenn ein geschlossener Stromkreis aus Spannungsquelle und Last (Verbraucher, z.B. ein Widerstand) besteht, dann erzeugt die Spannungsquelle ein E-Feld im Leiter (Verbindungsdraht und Widerstand), welches auf die Elektronen dann eine Kraft ausübt und den Elektronen dabei Bewegungsenergie gibt. Dieser Ladungsfluss wird dann "Strom" genannt.
Was aber wenn die äußerste Elektronenbahn eines Eisenatoms eine vollständige Anzahl an Elektronen erreicht? (kann es das?) Das ist ja der Zustand, welchen jedes Atom erreichen will. Wird das Leiter-Atom dann zum Isolator-Atom, da es ja keine Elektronen mehr abgeben oder aufnehmen will?