Wie schnell fließt der Strom durch die Leitung?

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6 Antworten

Mit zunehmendem Strom I müssen mehr Elektronen pro Zeiteinheit durch den Leiter bewegt werden. Ein elektrisch neutraler Leiter stellt nur eine bestimmte Anzahl an Elektronen zur Verfügung. Je mehr Strom fließen soll, desto schneller müssen sich die Elektronen durch den Leiter bewegen. Bei konstanter Temperatur, konstanter Querschnittsfläche und konstanter Ladungsdichte ist die Driftgeschwindigkeit v direkt proportional zum elektrischen Strom: v ~ I.

Schau mal hier ist es sehr kompakt dargestellt (auch in Abhängigkeit von anderen Größen):

http://www.elektroniktutor.de/grundlg/geschw.html

Grüße

P.S.: Ich würde das erst lesen, bevor ich mit meinem Lehrer streite, so wie es Karl empfiehlt....

Karl37 27.10.2012, 08:13

Genau so ist es, denn dein Link stellt die Situation, die ich vertrete genau dar.

.....Bei konstanter Temperatur, konstanter Querschnittsfläche und konstanter Ladungsdichte ist die Driftgeschwindigkeit v direkt proportional zum elektrischen Strom: v ~ I.....

Vom Strom und nicht von der Spannung, das sollte man nicht verwechseln. In einem Stromkreis kann ich den Strom entweder durch die Spannung aber auch durch Änderung des Lastwiderstands verändern. Damit ist die Aussage, die Driftgeschwindigkeit wäre auch proportional der Spannung ein Nonsens.

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uteausmuenchen 27.10.2012, 21:51
@Karl37

Niemand - auch der Lehrer nicht! - bestreitet den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Driftgeschwindigkeit.

Der Lehrer hat eben von Spannung gesprochen. Ich denke nicht, dass er etwas verwechselt, wir haben ja seinen genauen Wortlaut nicht. Nicht wahr?

Nun gilt aber für den Draht (wir reden ja von einer ganz normalen "Leitung" - siehe Frage)

R = rho * Länge/Querschnittsfläche

und U = R*I

rho ist der spezifische Widerstand des Metalls - und ist für eine bestimmte Temperatur konstant. Für eine bestimmte Temperatur ist R also konstant.

Wo ist also das Problem?

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Dazu solltest Du einmal unter "Stromdichte" und "Driftgeschwindigkeit" recherchieren. Für die alltägliche technische Praxis spielt Deine Frage übrigens kaum eine Rolle.

Das von Karl37 vorgestellte Ergebnis von 0,074 mm/s bei Gleichstrom von 1 A in einem Kupferleiter mit 1 mm² Querschnitt erscheint da durchaus plausibel. Insofern die Stromdichte von der Stromstärke (Stromstärke durch Leiterquerschnitt = Stromdichte) und diese wieder von der angelegten Spannung abhängt, ist hier bei einer gegebenen Anlage natürlich die elektrische Spannung maßgebend. Da hat Dein Lehrer vollkommen Recht, da irrt sich Karl37.

Coldnez 26.10.2012, 12:26

Aber wenn ich die Spannung verdoppel zugleich aber auch noch den Widerstand, dann ist der Stromgeschwindigkeit die gleiche Also hat in dem Fall die Spannung doch nichts zu sagen. Sondern kann nur aus dem Strom erkennen wie schnell die Elektronen wandern. Dann hat mein Lehrer doch unrecht und Karl liegt im recht.

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dompfeifer 26.10.2012, 14:06
@Coldnez

Wenn Du mit der Spannung gleichermaßen den Ohm'schen Widerstand erhöhen würdest, bliebe natürlich die Stromstärke konstant gemäß Ohm'schem Gesetz. In diesem ziemlich unalltäglichen, aufwändigen und praxisfernen Sonderfall würdest Du aber die Anlage verändern. Diesem exotischen Einwand von Dir habe ich deshalb aber schlauerweise schon vorgebeugt, indem ich schrieb: "......ist hier bei einer gegebenen Anlage (d.h. gegebener Leitungsquerschnitt, Widerstand u.s.w.) natürlich die elektrische Spannung maßgebend". Das soll heißen bei einer unveränderten Anlage. Und das ist schließlich der anzunehmende Normalfall. Wenn ich bei der Beschreibung eines Zusammenhanges von Vornherein gleich die Konstanz aller Größen in Frage stelle, komme ich ja kaum zu einem brauchbaren Ergebnis. Mit solchen Spitzfindigkeitenn wirst Du Deinen Lehrer kaum beeindrucken, sondern bestenfalls nur nerven.

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Coldnez 26.10.2012, 16:32
@dompfeifer

Ja, in der Praxis ist es so wie du es sagst. Wenn ich dir aber als Wert eine Spannung sage, kannst du mir nicht sagen wie schnell sich die Elektronen bewegen. Sage ich dir aber die Stromdichte einer Leitung, dann kannst du mir sehr wohl sagen wie schnell sich die Elektronen bewegen.

Und mein Lehrer hatte ja behauptet das man es NUR an der Spannung erkenne wie schnell sich die Elektronen bewegen. Und andere Faktoren seien dabei egal, was ja nicht stimmt. Und deshalb hatte der Karl37 es auch als falsch bezeichnet.

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dompfeifer 26.10.2012, 17:48
@Coldnez

Wenn Dein Lehrer gesagt haben sollte, allein die Spannung sei ausschlaggebend ohne Berücksichtigung von Widerstand und Leitungsquerschnitt (So war das Deiner Fragestellung nicht zu entnehmen!), dann hätte er etwas Falsches gesagt. Wahrscheinlich war das ein Missverständnis, das wird sich wohl klären lassen..

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Karl37 26.10.2012, 20:39

Nein, der irrt sich nicht. In meinem Rechenbeispiel gibt es nur 2 Größen, die auf die Geschwindigkeit der Elektronen einen Einfluß haben. Die Stromstärke und der Querschnitt des Leiters. Die beiden Parameter Widerstand und Spannung sind wohl mit der Stromstärke verknüpft, das ist aber nicht die Fragestellung. Oder anders gesagt, zur primären Ursache für die Geschwindigkeit der Elektronen gehören der Widerstand und die Spannung nicht. Betrachte ich allein die Spannungsänderung, dann könnte sowohl eine Spannungserhöhung wie auch eine Spannungserniedrigung die gleiche Geschwindigkeitsänderung der Elektronen hervorrufrn.

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garryowen 26.10.2012, 21:16

Außer man setzt sie unter strom oder man zwingt sie euer neonerd geplapper anzuhören, oh nee habt ihr keine passende geschlechtspartner?

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garryowen 26.10.2012, 21:20

hey es ist Wochenende und es gibt ein anderes geschlecht! so nerdtich war ich nichmal als das cool war, neeee das war nie cool

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Die Geschwindigkeit der Elektronen in einem Leiter hängt nicht von der Spannung ab, da irrt sich Dein Lehrer.

Als Beispiel ein Gleichstrom von 1 A fliesst in einem Kupferleiter mit 1 mm² Querschnitt. Die Geschwindigkeit wäre in diesem Fall 0,074 mm/s.

Wird der Leiterquerschnitt auf 2 mm² erhöht, dann verringert sich die Geschwindigkeit der Elektronen auf die Hälfte.

Bei Wechselstrom ändert sich die Richtung mit der Frequenz, daher bleiben die Elektronen prktisch auf ihrem Platz stehen und schwingen ledigleich im Takt der Stromfrquenz

kosy3 26.10.2012, 09:27

Daran zeigt sich der Qualitätsunterschied zwischen einem naturwissenschaftlichen und einem Lehramts-Studium.

Ich kann dem Fragesteller aber nur raten, sich nicht fachlich mit dem Lehrer auseinanderzusetzen. Auf lange Sicht zieht man da den Kürzeren.

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garryowen 26.10.2012, 09:45
@kosy3

Muss man nicht erst was können sprich Physik um das dann als Lehrer (kleine Zusatzausbilung) zu Lehren?

Sonst müsste man wenn man Lehren kann alles lehren können (mit einer kleinen Zusatzausbildung)

Oh nee nun seh ich meine Lehrer in ganz neuem Licht sie haben mal was von etwas gehört von dem sie nicht alles wissen aber das was sie wissen meinen sie ganz genau zu wissen und geben eben dieses geben sie weiter.

Hmm wieso nimmt man nicht gleich jeman der Ahnung hat siehe oben

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jorgang 26.10.2012, 12:17

Dummerweise wird ohne Spannung die Geschwindigkeit der Elektronen gleich Null sein, denn ohne Spannung kriegt man keinen Strom durch die Leitung. Das mögen zwar kleine Spannungen für ein Ampere sein, nur Strom ohne Spannung habe ich noch nicht gesehen.

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garryowen 26.10.2012, 21:25
@jorgang

jetzt mal ehrlich, Es ist WE glaubt ihr vermehrt euch nochmal?

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dompfeifer 26.10.2012, 12:17

Der Lehrer irrt sich hier nicht! Selbstverständlich beeinflusst die Spannung maßgeblich die Geschwindigkeit der Ladungsträger. Wiki unter "Driftgeschwindigkeit": "Je stärker das angelegte elektrische Feld ist, desto höher ist die Driftgeschwindigkeit". Wiki muss natürlich nicht immer maßgebend sein. Aber hier stimmt der Satz bei Wiki.

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phi243 26.10.2012, 13:50

Also die Elektronen bewegen sich ja ziemlich langsam. Aber bewegt sich das elektromagnetische Feld nicht mit Lichtgeschwindigket? Darauf kommt es doch dann eigentlich an, oder?

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dompfeifer 26.10.2012, 14:14
@phi243

In der Tat kommt es in der alltäglichen technischen Praxis eher auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Spannung an (Lichtgeschwindigkeit). Das war hier aber nicht die Frage. Deshalb habe ich diese Frage ja auch als ziemlich theoretische Frage qualifiziert, die im Alltag kaum eine Rolle spielt.

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uteausmuenchen 26.10.2012, 14:16
@phi243

Nein.

Elektrischer Strom sind bewegte Ladungen im Leiter. Sowohl in obiger Frage als auch beim Strom geht es wirklich um die Geschwindigkeit der Elektronen im Draht. Und die ist von der Lichgeschwindigkeit vergleichbar weit weg wie die meiner Oma...

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uteausmuenchen 26.10.2012, 14:29
@uteausmuenchen

:) dompfeifer und ich haben fast gleichzeitig kommentiert.

Damit kein Missverständnis aufkommt: Die Reaktionszeit am anderen Ende der Leitung ergibt sich aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Feldes, ja.

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Eine gute frage, bei den heutigen Taktraten bei Processoren müssen die signalleitung genau die gleiche länge haben sonst kommt alles durcheinander also spielt zeit und weg eine wichtige Rolle. Hmm aber wie schnell genau weis ich auch nicht ich dachte immer annähernd lichtgeschwindigkeit aber dann kommt die sache mit dem steigendem gewicht, nun hast du mich voll werwirrt

Coldnez 26.10.2012, 12:14

Die elektronen bewegen sich alle gleichzeitig miteinander. das heißt egal wie langsam ein elektron eine leitung betritt, am anderen ende fließt nahezu gleichzeitig (lichtgeschwindigkeit?) ein anderes elektron wieder heraus. also mach dir wegen der reaktionszeit keine sorge ;) in meine fragestellung war diese thematik nicht die rede.. hatte ich extra erwähnt

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das hatten wir neulich in ET... wie war das noch gleich ... (bis ichs wieder weis - die Atome Fließen mit ungefähr 8cm pro mitnute durch die leitung und die Elektronen "hüpfen" immer von Atom zu Atom)

Ganz heißer tipp für dein problem ist "Coulomb" und dann ein bisschen Googeln und nachdenken

garryowen 26.10.2012, 09:19

Ich weiß das alles fließt, panta ray. aber Atome und dann auch noch mit 8cm pro Minnute? Moment mal ich glaub mein Geldbeutel macht sich gerade aus dem staub :)

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kosy3 26.10.2012, 09:29

8cm/min. Das verwechselst du mit Weinbergschnecken.

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dompfeifer 26.10.2012, 12:26
@kosy3

Bezüglich der Fortbewegungsgeschwindigkeit von Ladungsträgern kann die Weinbergschnecke den Wettlauf durchaus gewinnen!

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garryowen 26.10.2012, 21:15
@dompfeifer

Außer man setzt sie unter strom oder man zwingt sie euer neonerd geplapper anzuhören, oh nee habt ihr keine passende geschlechtspartner?

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