Energie der Elektronen?

4 Antworten

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  • Wenn der Strom fliesst, wird die potentielle Energie zuerst mal zu kinetischer Energie.
  • Im Vakuum (TV-Röhre, Röntgenröhre usw.) prallen die Elektronen auf die + Anode, die sich dabei erwärmt und auch abnützen kann. Dann ist die potentielle über kinetische in Wärme-Energie übergegangen.
  • In einem Leiter quetschen sich die Elektronen neben den Atomen hindurch und geben dort laufend ihre Energie ab (Heizwendel, Glühfaden in Glühbirne, Erwärmung von Kabeln). Ich würde das Stoss-Energie nennen, mechanistisch verstanden ähnlich einer Impulsübertragung. Letztlich auch als Wärme (thermische Energie) feststellbar. Natürlich auch als Magnetfeld um den stromdurchflossenen Leiter. Bei Wechselstrom sogar noch als Strahlungsenergie über elektromagnetische Wellen in den Raum.
  • Und ja: Die Fliessgeschwindigkeit der Elektronen ist abhängig von der Stromdichte (Ampère pro Querschnittsfläche), also bei gegebener konstanter Drahtdicke von der Stromstärke. Diese Driftgeschwindigkeit ist natürlich in realen Leitern begrenzt, weil es über dem kritischen Wert zur Zerstörung des Drahts führt (Schmelzsicherung). Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Driftgeschwindigkeit#Elektronen_in_metallischen_Leitern

- sobald Strom fließt wird die potentielle Energie zu kinetischer energie

Aber die potentielle Energie hängt ja nur von der Spannung ab. Und wie schnell sie sich bewegen hängt vom Strom ab. Be höherer Strom und gleicher Spannung müssten sie sich ja dann schneller bewegen aber damit hätten sie ja auch mehr Energie und so ist es ja nicht.

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@Lukas2812

Die potentielle Enerige am Anfang hängt von der Spannung ab. Sobald das Elektron auch nur die ersten 10% seines Wegs Richtung Pluspol zurückgelegt hat, hat es nur noch 90% dieser potentiellen Energie, weil dann auch das Potential (oder eben die aktuelle Spannung gegenüber dem Endpunkt) schon auf 90% gesunken ist.

Wenn sich die Elektronen schneller bewegen, dann verlieren sie einfach schneller ihre potentielle Energie. Dabei ist egal, ob sie den Weg durchs Vakuum machen und dann irgendwo aufknallen, oder ob sie sich ständig mit Atomrümpfen und andern Elektronen stossen.

Natürlich kann es sein, dass ein Elektron bei wenig Widerstand wie bei einem "freien Fall" kurzzeitig auf eine höhere kinetische Energie kommt als beim Fliessen durch einen höheren Widerstand.
So wie wenn du einen Ball eine Treppe runterhüpfen lässt, und die Treppe hat verschieden hohe Stufen. Auf den Absatz unter einer hohen Stufe wird der Ball mit höherer kin. Energie auftreffen. als bei kleinen Stufen.

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Aber was sagt denn dann genau ein höherer Strom aus? Bei der anderen frage sagtest du ja auch es machen doppelt so viel Elektronen diesselbe Arbeit. Aber damit ist ja dann nur gemeint dass sie sich doppelt so schnell bewegen. Was genau passiert denn im Stromkreis wenn ein höherer Strom fließt bei gleicher Spannung ? Nach W=U*I*t hat man eine höhere Energie aber ich dachte die Energie bleibt gleich weil die Spannung gleich bleibt ?

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@Lukas2812

Strom sind Ladungsträger pro Zeit.
Wenn doppelt soviele Elektronen ihre Arbeit machen, kann das zwei Dinge bedeuten:

  • Entweder sie bewegen sich doppelt so schnell im gleichen Querschnitt, wie Wasser in einem Rohr: 2 Liter pro Sekunde statt 1 Liter geht nur durch das gleiche Rohr, wenn sie doppelt so schnell sind.
  • Oder sie bewegen sich gleich schnell, aber auf dem doppelten Querschnitt. gibt also auch 2 Liter pro Sekunde in einem flächenmässig doppelt so dicken Rohr.
  • Der Effekt ist der gleiche: doppelter Strom.

Die Energie des einzelnen Elektrons bleibt gleich, da nur von der Spannung abhängig.

Aber wenn halt doppelt soviele fliessen und doppelt so viele ihre Arbeit verrichten, wird auch doppelt soviel Energie umgesetzt (in eine andere Energieform)

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@Lukas2812

bei größerem Strom fließen mehr Elektronen, aber nur so schnell wie die Spannung es vorgibt.

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@weckmannu

Das ist nicht ganz vollständig. Die Spannung bestimmt zwar über das Ohmsche Gesetz auch deren "Geschwindigkeit", aber wesentlich ist der Querschnitt des Leiters!
Unabhängig von der Spannung müssen die Elektronen bei gleichem Strom und halbem Querschnitt doppelt so schnell sein.

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@weckmannu

Du hast insofern natürlich recht, also ich auch noch etwas vergessen habe:
Es gibt noch eine dritte Möglichkeit, wie doppelte Anzahl Elektronen pro Sekunde durch einen Querschnitt fliessen können:
Sie können doppelt so dicht fliessen.

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Aber welcher von beiden Effekten tritt auf wenn ich den widerstand halbiere ? Weil so würde die Geschwindigkeit der Elektronen einmal vom Strom abhängen (mehr Strom umso schneller) oder von der Spannung wenn zb der widerstand seinen Querschnitt verändert. Aber so ein Kupferkabel wird ja mal eben nicht dünner oder dicker, welcher von beiden Effekten tritt also im Stromkreis auf ?

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@Lukas2812

Das hatten wir doch schon.
Beim Halbieren des Widerstands (und konstanter Spannung) verdoppelt sich der Strom, es fliessen doppelt soviele Elektronen pro Sekunde und demnach ist bei konstantem Querschnitt ihre Driftgeschwindigkeit auch doppelt so gross.

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Aber wenn sich ihre Geschwindigkeit verdoppelt dann haben sie doch mehr kinetische Energie oder nicht?

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@Lukas2812

Ja, und deshalb wird auch mehr Energie pro Sekunde der Quelle entnommen.

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Zur Antwort:
Muss nicht einfach mehr Energie der Quelle entnommen werden, weil einfach mehr Ladungen fließen und nicht weil sie schneller fließen?

Darüber hinaus:
Aber die Energie pro Ladung hängt ja nur von der Spannung ab haben wir gesagt und die ändert sich nicht, daher dürften die Elektronen bei höherem Strom doch nicht auf einmal mehr enegrie haben oder ?

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@Lukas2812

Es ist gut, dass du beharrlich nachfragst. Ich muss mir das noch besser überlegen, z.B. anhand der Wasser-Analogie.
Ich habe bisher eine dritte Möglichkeit vergessen, wie doppelter Strom zustande kommt (nebst doppelter Geschwindigkeit oder auf doppelter Breite/Querschnitt):
Nämlich können sie doppelt so dicht "nebeneinander" fliessen. Aber immer noch gleich schnell

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Und passiert das auch oder was ist nun die richtige Möglichkeit ? Und wie genau wäre das wenn sie doppelt so schnell wären? Hätten sie dann mehr enegrie?

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@Lukas2812

Zwar hat das einzelne Elektron mehr kinetische Energie und es sind auch mehr Teilchen, aber am Schluss kann man ja nicht mehr Energie bekommen. Energie kann ja nicht von nirgends kommen. Irgendwo muss der Haken sein, aber ich suche noch nach der plausiblen Begründung.

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@atoemlein

Mehr Teilchen transportieren auch mehr Energie, dazu müssen sie nicht schneller werden.

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Also ich stelle mir das so vor dass sich der Strom so einstellt dass die Elektronen in einer geschlossenen Schleife ihre Energie abgeben wird der Strom größer und der widerstand kleiner so geben Sie diese Energie einfach schneller ab weil die Erwärmung oder Reibung im Draht dann intensiver ist

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@Lukas2812

Vergiss vorläufig meinen Ansatz mit den schnellen oder langsamen Elektronen je nach Stromstärke, ich steh mir selber auf dem Schlauch damit.

Das mit der Dichte klappt vielleicht besser. Vielleicht ist mein Denkfehler, dass ich Elektronen wie eine Flüssigkeit beschreiben wollte, die nicht kompressibel ist und die wie ein Fluss im Engnis schneller fliesst. Aber man spricht ja oft vom Elektronen"gas", also etwas, das unter "Druck" dichter wird.

Stell bitte HIER keine Nachfragen mehr, ich komme nicht weiter.
Ich versuche dafür dann noch was bei
https://www.gutefrage.net/frage/elektronen-energieabgabe-im-stromkreis#comment-187172625

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Sowohl als auch.

Bewegung der Teilchen ist die Temperatur.

Die Elektronen geben einen Teil ihrer Kinetischen Energie an z.B. Atomkerne ab, diese schwingen und dadurch wird der Stoff wärmer.

Weil wie schnell die Elektronen fließen

Nein die sog. Driftgeschwindigkeit der Elektronen ist etwa gleich schnell.

Ja aber die Energie der Elektronen selbst hängt doch nur von der Spannung ab die kann ja ganz hoch sein wenn jetzt aber der Strom ganz niedrig ist so fließen die Elektronen auch alle langsam und dann kann man ja nicht Sagen die haben viel kinetische Energie

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Die reine Driftgeschwindigkeit der Elektronen (nicht die Ausbreitung der Elektromagnetischen Welle) ist tatsächlich proportional zum fließenden Strom:
1.) Je Volumen gibt es eine bestimmte Anzahl an freien Ladungsträgern

2.) Ein Leiter mit einem bestimmten Querschnitt hat auf der Querschnittsfläche eine bestimmte Ladung.

3.) Stromstärke gibt an, wieviel Ladung pro Zeit bewegt wird - Ausgehend vom Gleichstromfall würde sich also die komplette Flächenladung des Querschnittes gleichzeitig bewegen können. Um aber eine gewisse Menge/Zeit zu übertragen muss sich aber die Ladung unterschiedlich schnell bewegen.

Diese Art der Herleitung ist übrigens aus einem Uni-Skript von einem Professor, der sich mit Feldsimulation beschäftigt - daher vertraue ich mal darauf. :-p

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Dann kann ja die Energie der Elektronen nicht von ihrer Geschwindigkeit abhängen oder?

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