Elektronen Beschleunigung im Stromkreis?
Hallo,
werden Elektronen in einem normalen Stromkreis eigentlich beschleunigt? Ich habe gelesen, dass das elektrische Potenzial dasselbe sei wie die potenzielle Energie von z.B. einem Apfel oder so. Aber wenn der zur Erde fällt, wird er ja auch beschleunigt. Wenn also ein Stromkreis 100m lang wäre, müsste doch das Potenzial immer weniger werden und die kinetische Energie (Geschwindigkeit der Elektronen) immer mehr, oder?
Danke
4 Antworten
Nicht wirklich. Die Elektronen im ElektronenGas haben zwar im Prinzip eine recht hohe Geschwindigkeit (oder vllt. auch nicht, weil es ja QuantenObjekte sind), aber die Driftgeschwindigkeit, die in normalen Stromkreisen vorliegt, ist sehr klein und liegt so im Bereich von 0,1 mm/s - nur Schneckengeschwindigkeit!
Nur kurz:
Du musst hier aufpassen, denn es ist ein weit verbreitetet Irrglaube, dass die elektrische Energie, die man über ein Kabel überträgt in der kinetischen Energie der Elektronen steckt. Das stimmt nicht und ist falsch. Die elektrische Energie wird über die Felder übertragen, der Leiter sorgt bloß dafür, dass die Felder entlang des Weges "geleitet" werden.
https://www.youtube.com/watch?v=mP4cUukIVx0&t=529s
hier ist es auf Schulniveau erklärt.
Etwas anspruchsvoller ist dieses Video:
Ja, auch Elektronen im Leiter fallen nach unten. Allerdings sind die Gravitationskräfte schwach im Vergleich zu den Kräften in elektrischen Feldern. D.h. wenn man einen Leiter senkrecht stellt, bewegen sich die Elektronen nach "unten", aber sehr schnell haben sie sich ein Gegenfeld aufgebaut, das sie vom weiteren Fallen abhält. Eine sehr geringe Spannung liegt aber an zwischen Leiterspitze und Ende, in der Größenordnung von ein paar Picovolt pro Meter.
Führt man sich einen Stromkreis vor Augen, ist die Ausgangshöhe aber gleich der Endhöhe, der Stromkreis ist ja geschlossen. Da spielt das Gravitationspotential keine Rolle.
Beschleunigt werden die Elektronen im Stromkreis beim Einschalten. Dann driften sie unter dem Einfluss der Spannung gleichmäßig vor sich hin.
Dramatischer ist es bei freien Elektronen, da reichen ein paar hundert Kilovolt und schon sie sind mit relativistischen Geschwindigkeiten unterwegs.
Vielen Dank. Ich meinte die Bewegung auf gleicher Höhe in einem Leiter. Also wenn das Kabel 100m lang ist und einfach auf dem Boden liegt. Müssten die Elektronen dann nicht immer schneller werden?
Sie werden beständig angetrieben - haben aber auch ständig einen Widerstand zu überwinden.
Ähnlich wie ein Auto, bei dem man immer Vollgas geben kann, aber trotzdem erreicht man schnell eine Höchstgeschwindigkeit, bei der die zugeführte Energie komplett von Verlusten aufgezehrt wird.
Oder ein Fallschirmspringer, der zwar permanent zur Erde hin beschleunigt wird, aber der Luftwiderstand bremst ihn mit zunehmender Geschwindigkeit immer stärker, so dass er schnell eine Höchstgeschwindigkeit erreicht, bei der sich die antreibenden und bremsenden Kräfte im Gleichgewicht befinden.
In jedem Wechselstromkreis kommt es zur Beschleunigung von Ladungen, d.h. es kommt zu elektromagnetischen Schwingungen, zur Emission, elektromagnetischen Feldern und zur Strahlung.
Könntest du das noch näher beschreiben? So etwas höre ich zum ersten Mal. Danke!