Wie kann ein Lichtwellenleiter schneller sein, wenn sich der Strom ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und keine "Zickzack"-Linien im Leiter macht?

5 Antworten

Das bezieht sich auf die Menge der Daten die in einer bestimmten Zeit übertragen werden können. Optisch geht mehr da man dort in einer höheren Frequenz die Signale übertragen kann. Bei Verwendung von kabeln hat man unteranderem induktive und teilweise auch kapazitive "hindernisse" bei hohen Frequenzen. Auf hohe Entfernungen wären die Verluste auch höher. Oder die Kosten aufgrund des höheren Querschnittes

Also da ich hier nur Bullshit oder Halbwissen lese antworte ich dir hier mal als Fachmann.

Zu allererst mal der Mythos, "Strom verbreitet sich in Lichtgeschwindigkeit". Diese Behauptung ist absoluter Quatsch. Strom ist kein Objekt was sich verbreiten kann sondern die Abkürzung für Strömung. Demnach beschreibt es dir Bewegung von etwas. Im Fluss ist es das Wasser das strömt, im elektrischen Leiter sind es Elektronen. 

Und jetzt müsste man halt erstmal wissen, wie der Elektronenstrom überhaupt entsteht und wie das ganze funktioniert. Wie du sicherlich weißt besteht alles aus Atomen. Diese bestehen aus einem Kern mit Protonen, die von Neutronen zusammengehalten werden. Und um diesen Kern fliegen die Elektronen und bilden die Hülle. Bei vielen Elektronen sind es sogar mehrere Schichten. Jetzt ist es so, dass sich bei "elektrisch leitenden" Materialien ein oder mehrere Elektronen der äußeren Schicht frei bewegen können. Ein Kupferdraht ist somit vergleichbar mit einem Gartenschlauch, der mit Wasser gefüllt ist. Das Wasser bewegt sich nicht in irgendeine Richtung, es kann ich aber bewegen. 

Nun kann man aber diese Elektronen durch eine Induktion in eine bestimmte Richtung antreiben. Und so entsteht eben der Strom. Die Teilchen, die sich da bewegen, die sind ja schon da. Sie werden nur angeschoben. Und jetzt nehmen wir uns mal wieder den Gartenschlauch zur Hand, damit es besser vorstellbar ist. Was passiert denn, wenn du in einen vollen Gartenschlauch von hinten her weiteres Wasser rein pumpst? Genau, es kommt im selben Moment aus dem vorderen Ende Wasser raus. Nun hat sich das Wasser, was du hinten rein gepumpt hast nicht mit Lichtgeschwindigkeit durch den Schlauch bewegt um vorne wieder raus zu kommen sondern es hat das vorhandene Wasser einfach durch geschoben. 

Und genau so ist es auch beim Elektronenstrom. Die Elektronen die vorne rein und hinten raus kommen bewegen sich gar nicht mal so schnell. Wenn du ein Elektron farblich markieren könntest könntest du ihm dabei zuschauen, wie es langsam durch den Stromkreis fließt. Allerdings gibts da nen kleines Problem: Und zwar kommt nicht im selben Moment vorne Elektronen raus, wie du hinten welche rein schiebst. Da gibt es immernoch eine minimale Verzögerung. Deshalb sagt man ja auch, der Strom sei fast so schnell wie die Lichtgeschwindigkeit. Eben nur fast. Diese Verzögerung ist zwar im Bereich von vielleicht Millisekunden aber in der Datenübertragung eben doch ausschlaggebend.

Nun kommen wir zur Datenübertragung. Wenn du eine einfache Kupferader hast, kannst du nur zwei Dinge tun. Sie so belassen oder eine Spannung anlegen. Und das reicht uns auch schon, da wir unsere Daten ja digital übertragen. Angelegte Spannung bedeutet 1, keine Spannung bedeutet 0. Bei LWL (Lichtwellenleitern) funktioniert das ähnlich. Jedoch haben wir bei Licht ja den Vorteil, dass wir mehrere Farben zur Auswahl haben. Wir können also mehrere Farben gleichzeitig durch einen Leiter senden. Der Empfänger bastelt sich dann aus diesem Mischmasch wieder die einzelnen Daten. Und da ja das Licht mit Lichtgeschwindigkeit durch den Leiter strahlt ist es auch minimal schneller als die Variante mit Elektronenstrom.

Fazit: Licht breitet sich minimal schneller aus als die Elektronen und man kann mehrere Daten gleichzeitig versenden. Deshalb sind Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter) schneller. Allerdings möchte ich hinzufügen, dass du zu Hause im privaten Netzwerk keinen Unterschied zwischen LWL und Kupferleiter sehen kannst. Das macht sich nur bei industriellen Anwendungen und sehr weiten Entfernungen bemerkbar wo es um sehr viel mehr Daten geht.

Beide machen keine Zickzacklinien und bei beiden laufen elektromagnetische Wellen den Leiter entlang bzw. durch den Leiter hindurch.

Beim LWL hat man den Brechungsindex, beim Leiter elektromagnetischer Wellen den Wellenwiderstand, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit deutlich unter die Lichtgeschwindigkeit drücken.

Insgesamt ist die Signalgeschwindigkeit beim elektrischen Leiter oft schneller, aber die Trägerfrequenz beim LWL ist um Größenordnungen größer und v. a. die verfügbare Bandbreite.

Mit Geschwindigkeit ist meistens nicht die Signalgeschwindigkeit gemeint, sondern die Datenübertragungsrate, und die hängt von der Bandbreite ab.

Ein Echo-Request ("Ping") ist bei sehr langen Leitungen im LWL vermutlich länger unterwegs.

Shalidor  13.01.2017, 08:41

Um genau zu sein breitet sich das Licht im LWL sehr wohl im Zickzack aus. Genau so funktioniert das ja. Licht strahlt immer geradeaus. nicht um Kurven. Und da dein LWL ja nicht 100% gerade verlegt ist stößt das Licht alle paar, was weiß ich, Mikrometer an die innere Wand des Leiters, prallt dort ab, wird zur anderen Wand leitet und so weiter. Im Endeffekt ist es ein Zickzack-Weg. Und die Elektronen fließen auch im Zickzack von Atom zu Atom.

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PWolff  13.01.2017, 18:40
@Shalidor

Genauso viel oder wenig wie auch in Wellenleitern für elektromagnetische Wellen.

In "monomodalen" LWL ist nichts mit Zickzack. Dafür wären kürzere Wellenlängen erforderlich.

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Mit schnell meint man beim Netzwerk nicht, wie schnell Strom oder Licht am anderen Ende ankommen, sondern wieviel Information pro Zeiteinheit übertragen werden.

dreamerdk 
Fragesteller
 12.01.2017, 23:24

ja, aber ohne Strom keine Information ;)

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pythonpups  12.01.2017, 23:30
@dreamerdk

Die Frage ist "Wie oft kann ich bei einem bestimmten Medium Strom oder Licht pro Sekunde an und ausschalten, so daß ich es noch zuverlässig unterscheiden kann?" nicht "Wie schnell wandert die Änderung von A nach B?" Davon abgesehen ist die "Stromgeschwindigkeit" im Kupferkabel tatsächlich geringer als die Lichtgeschwindigkeit.

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Falls Du hier mit "Strom" die Strömung der Ladungsträger meinst: Deren Triftgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung von etwa 1 Meter pro Stunde. Die elektrische Spannung dagegen breitet sich wie das Licht mit Lichtgeschwindigkeit aus.