Das sind zwei verschiedene Modelle (die dummerweise doch zusammenhängen):

  • Kristallgitter-Modell: beschreibt, dass sich ein Kristall (egal ob Leiter, Halbleiter oder Metall) praktisch "unendlich" in jede Richtung fortsetzt. In diesem Modell kann ich viele kollektive Effekte beschreiben: Wenn ich zum Beispiel wissen will, wie flexibel ein Material ist, genügt es sich eine Zelle als Grundeinheit anzuschauen. Das gleiche für Wärmeleitung, Schallausbreitung, ...
  • Bändermodell: Beschreibt die Elektronischen Zustände in Kristallen. Hier gibt es eine Überschneidung mit dem Kristallgitter-Modell. Natürlich nutze ich das Kristall-Gittermodell und schaue nur an, wie sich das Material in einer Zelle verhält. Wenn Du solche Darstellungen siehst, dann werden die Bänder allerdings mit einem kleinen mathematischen Kniff dargestellt, statt der realen Koordinaten verwendet man den sogenannten Impulsraum. Da alle Elektronen eines Kristalls ein gemeinsames Zustandssystem aufbauen, gibt es aber keine "scharfen" Energielevels mehr, die Level weiten sich zu Bändern aus. Die sind praktisch wie eine Autobahn für Elektronen mit einer gewissen Breite.

Das Bändermodell kann man für alle Kristalle verwenden. Bei Metallen sind die Zustände so, dass immer eine Leitung von Strom möglich ist, die Bänder sind nicht voll belegt (leere Autobahn). Beim Halbleiter muss erst etwas passieren, da eigentlich das Band belegt ist, das für die Leitung zuständig wäre (Autobahn im Stau) und bei Nichtleitern gibt es keine Möglichkeit mehr den Stau irgendwie aufzulösen.

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Wieso leitet ein Diode bei negativer Spannung in Sperrrichtung?

Hallo Ich stehe gerade total auf den Schlauch. Um mich auf eine Elektrotechnik Arbeit vorzubereiten schaue ich mir gerade das Thema Halbleitertechnik Schwerpunkt PN-Übergang(Diode) an.

Bei einer positiven Spannung ist mir die Funktion einer Diode klar. An die P-Schicht des Übergangs wird das positive Potenzial(zb. +12V) angelegt und an die N-Schicht das Negative Potenzial(zb. 0V). Dann werden die freien Elektronen in der N-Schicht ja vom Minus Pol abgestoßen und in die Sperrschicht gedrückt. Bei der P-Schicht werden dann ja die "Löcher" vom Pluspol abgestoßen und auch in die Sperrschicht gedrückt und somit können dann ja rekombination stattfinden und der PN-Übergang leitet.

In Sperrrichtung werden die Elektronen aus der N-Schicht ja so "gesagt" vom Minuspol abgesaugt. Und in der P-Schicht die Löcher vom Pluspol. Wodurch sich die Sperrschicht vergrößert.

Das ist ja alles bei positiven Potenzial. Also alles kein Problem.

Doch wie ist das jetzt wenn ich die Pole der Spannungsquelle umpole. So das mein rotes Kabel in der 0V Buchse steckt und mein schwarzes Kabel in der +12V Buchse. Wenn ich jetzt die Spannung messe(Rote Klemme an rotes Kabel, Schwarze Klemme an schwarzes Kabel) messe ich ja nun -12V.

Und hier kriege ich es einfach nicht in mein Kopf rein. Denn jetzt ist die Durchlassrichtung Sperrrichtung und umgekehrt.

Denn wenn ich sie jetzt in Sperrrichtung mit negativer Spannung betreibe, dann liegen ja die -12V an der n-Schicht an und die 0V an der p-Schicht. 0V ist ja zu -12V positiver also kann man 0V als Pluspol ansehen?????

Denn dann würde das ja wohl sinn machen den die -12V stößt die freien Elektronen in der n-Schicht ab und die 0V stoßen die Löcher in der p-Schicht ab und die Diode leitet???

Kann mir jemand dabei helfen

Mfg

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Ich glaube dein Denk"fehler" liegt genau hier:

"Das ist ja alles bei positiven Potenzial. Also alles kein Problem."

Denn Du hast vorher genau richtig die Fälle "positive Richtung" und "Sperrrichtung" beschrieben. Die Diode kennt natürlich nur Potenzialdifferenzen.

  • Ob an der Anode "1V" und "0V" an der Kathode liegen oder "0V" an der Anode und "-1V" an der Kathode ist egal es ist genau der gleiche "Betrieb" in positiver Richtung mit 1V Vorwärts
  • Ob an der Anode "-12V" und "0V" an der Kathode oder "0V" an der Anode und "+12V" an der Kathode ist auch genau gleich.

Nur als kleine Anmerkung: Das Bild mit der Sperrschicht erklärt die Diode zwar ganz gut, wenn man aber verstehen will warum auch in der Rückwärtsrichtung manchmal Dioden leiten, dann brauch man schon etwas komplizierte Modelle. Denn, wie gut die Diode sperrt ist von Typ zu Typ verschieden: Schottky-Dioden haben hohe Sperrströme, Ge-Dioden auch, Si-Hochleistungsdioden im Vergleich sehr gering.

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Sonstiges:...

Gut - wer tatsächlich an eine flache Erde glaubt, der kann das ja kaum mit der Raumfahrt in Einklang bringen

  • die Raumfahrt basiert ja gerade auf dem Verständnis, dass Schwerkraft Mechanik etc. konsistent durch das - aus Sicht der Flache Erde Anhänger falschen - Weltbild der Physik beschrieben werden kann
  • oft wird in der flachen Erde der Mond als nicht existierend beschrieben, der soll dann nur eine Art Projektion auf der "Himmelskuppel" sein. Der Hintergrund: Wenn man sehen kann, dass alles am Himmel kugelförmige Objekte sind, zwischen denen die Gesetze der Physik gelten, warum sollte dann die Erde so besonders sein.
  • die flache Erde ist ja die Mutter aller Verschwörungstheorien: Da ist ja die globale (<- sorry, konnte nicht widerstehen) Regierungsverschwörung ("Sie belügen uns alle"), Mondlandeverschörung (Wer Bilder einer runden Erde zeigt, also NASA, ESA, ROSKOSMOS, die Chinesen,... muss lügen - also auch beim Mond) praktisch um sonst noch mit dabei
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Kurve 2. Das ist die die berühmte

https://de.wikipedia.org/wiki/Brachistochrone

von Bernoulli. Warum? Kugel 2 beschleunigt am Anfang am schnellsten (steil) und kann dann den Rest der Strecke mit der hohen Geschwindigkeit erledigen. Kugel 3 ist erst mal langsam für einen langen Teil der Strecke.

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Erst mal Hut ab dafür dass du dich für ein anspruchsvolles Thema/Studium interessierst, und hier deinen Beruf siehst.

Aber

  • Ein Mathe-Prof ist für deine Frage vermutlich nicht der richtige Ansprechpartner. Angenommen du willst Fussballprofi werden, würdest Du auch gleich mal bei einem Bundesligatrainer anrufen? Es gibt auch hier entsprechende Verbände die dir erstmal weiterhelfen können (DMV). Oder frag einen Berater für Studiengänge an einer Uni.
  • Du hast ein leicht verschobenes Bild von Mathematik und einem Mathestudium. Mathe an der Uni hat sehr wenig mit Mathe in der Schule zu tun. Was Du vermutlich mit "theoretischer Mathematik" meinst, ist nichts anderes als das ganz normale Mathestudium: Definition, Satz, Beweis, Folgerung, Definition, Satz, Beweis, …. Das hat nichts mit den Rechenaufgaben aus dem Abi zu tun.
  • Der Weg zur Professur ist lang und steinig. Persönliche Daumenpeilung: Etwa grob die Hälfte der Studenten in Mathe kommt beim Master an. Davon gehen wiederum grob 1/3 bis 1/2 in die Promotion. Von den Promovierten geht dann vielleicht 1/5 in die Forschung als Post-Doc (einige wollen nicht, anderen wird es aufgrund mangelnder Publikationen gar nicht angeboten). Von den Post-Docs geben viele auf: Jahre ohne langfristigen Arbeitsvertrag, häufiges Umziehen, Publikationsdruck, ... . Ist nun deine Publikationsliste ausreichend, kannst Du dich mal auf eine Stelle als "permanent" oder "Professor" bewerben.
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Ja, man kann die Alpen von Pyrenäen aus sehen!

Allerdings: Die Behauptung dass man daraus Ableiten kann, dass die Erde keine Kugel ist, ist natürlich falsch und zeigt nur wie ungebildet, die sind, die solche Behauptungen aufstellen!

So: Warum kann ich die Alpen sehen. Die östlichen Gipfel der franz. Pyrenäen (rund um den Pic Carlit, der ist fast ein Dreitausender!) sind gerade mal 150 km von den südwestlichen Ausläufern der Alpen entfernt (z.B. Montagne Noire, nordöstlich von Carcassonne). Die Strecke kann man bei sehr gutem Wetter noch problemlos Überblicken. (Die Erde hat einen Radius von ca. 6370km)

Wo wird hier dann bei den Behauptungen gelogen?! Da wird natürlich davon ausgegangen, dass man bei "Pyrenäen" meist an die spanischen Pyrenäen denkt und bei den Alpen an die franz. Hochalpen. Schon sieht alles dramatischer aus.

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Wie hier von vielen schon geschrieben wurde: Ja Silber und Kupfer sind viel bessere Leiter.

Der Mythos von Gold als "guten Leiter" kommt von den Gold-Kontakten:

Hier macht Gold wirklich Sinn und reduziert den Widerstand - z.B. bei einem Stecker - deutlich. Gold oxidiert nicht und ist viel weicher als Kupfer. Daher können sich beide Teile von einem Stecker aneinander angleichen.

Kupfer ist dagegen hart und an der Oberfläche meist etwas oxidiert. Damit ist die Oberfläche schlecht leitend und, weil Kupfer sich kaum verformt, auch nur an wenigen Punkten mit dem anderen Teil des Steckers verbunden.

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Zur Antwort von realister gibt's eigentlich nicht viel was man hinzufügen kann. Besorge Dir einfach einen passenden Gate-Treiber.

In deiner Frage ist ein kleiner Denkfehler drin: Das Potenzial bei Phi wird sich ändern, und zwar bei jedem Schalten!

Ist der MOSFET ein dann fällt über den Spannung praktisch keine Spannung mehr ab (naja, eigentlich noch U_DS= RDSON * I(Last), was aber eigentlich sehr wenig ist). Ist der MOSFET aus wird der zum "Nichtleiter" und Phi ist praktisch bei Null.

Das ist genau der Grund warum man hierfür einen Gate-Treiber braucht. Der Bezugspunkt des MOSFETS (Source) ändert sich beim Schalten. Damit der MOSFET aber eingeschaltet bleibt muss U_GS immer (bei dir wohl 5.5V) über Phi liegen, was sich ständig ändert. ist Der MOSFET ein, dann ist sogar U_GS+Phi über U_B!

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Deine Frage ist gar nicht so abwegig - und vor allem gar nicht so leicht zu beantworten. Die kurze Anwort: Stromkreise sind immer geschlossen (wirklich immer!), aber immer nicht in der Form eines "Leiters".

Versuch einer Erklärungen:

  • Bei einem geladenen Kondensator die Ladungen getrennt auf den beiden Platten vorhanden. Positive und negative Ladungen ziehen sich an. Wird nur eine Platte von einer geerdeten Leitung berührt gibt es zwei Möglichkeiten:
  • (1) Es passiert gar nichts, denn die Ladungsträger der einen Sorte werden ja weiter direkt von den anderen auf der anderen Platte angezogen. Die kommen erst mal nicht weg. (Dein Beispiel mit dem Taser)
  • (2) Erst wenn der Weg außen rum kaum Hindernisse hat, kommen die verschiedenen Ladungsträger tatsächlich zusammen. Das kann ein Leiter sein oder eine Blitz-Entladung sein (Gewitter-Blitz).
  • Jetzt muss aber auch ein Strom durch(!) den Kondensator fließen, damit der Stromkreis geschlossen ist. (Sonst wäre es ja kein Stromkreis). Dieser Strom wird nicht(!) durch die Ladungsträger verursacht (die können da ja nicht fließen), sondern durch das elektrische Feld im Kondensator. Das wird dann (Maxwell-) Verschiebestrom genannt.
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Vorsicht, das sind keine Jumper zum einstellen, sondern "jump-wires" also 0-Widerstände um verschiedene Bereiche auf der Platine miteinander zu verbinden.

Die Boards sind elektrisch völlig verschieden.

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MOSFET ist der Oberbegriff. Alle solchen Schalter (da gibt des neben den npn-bipolar-Transistor und dem MOSFET noch fast ein dutzend anderer) sind Transistoren.

Versuch einer einfachen Erklärung: Ja, ja, die Wasser ist wie Strom Geschichte ...

MOSFET: Stell Dir einen Gartenschlauch vor auf dem ein Gewicht draufliegt. Es fließt kein Wasser durch. Hebt man das Gewicht an (= Gate) fließt ein Strom durch den Schlauch. Aber das Gewicht (Gate) liegt nicht selbst im Wasser, sondern wird durch eine Schicht vom Strom getrennt (Gartenschlauch: Schlauchwand, M[O]SFET: [O]xidschicht). Die Wirkung auf dem Strom ist indirekt.

BIPOLAR NPN: Stell Dir vor der Stein liegt in einer Wasserrinne und zwar so, dass durch die Rinne jetzt kein Wasser fließt. Unter dem Stein ist der Auslass von einem Schlauch. Drehst Du denn Wasserschlauch auf, hebt sich der Stein etwas und auch das Wasser aus der Rinne kann nun unter dem Stein mit durchschlupfen. Drehst Du den Wasserschlauch wieder ab sinkt der Stein wieder und die Rinne ist zu.

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Die erste Definition macht so keinen Sinn:
"Strom" ist definiert als "Strom" pro Leiter pro Zeit"?

Korrekt ist Strom ist Ladung pro Zeit - oder allgemeiner Strom I = dQ / dt. Damit eine Einheit für Strom "Coulomb pro Sekunde", also As / s = A ;-). Damit misst ein Strom-Messgerät tatsächlich Ladungsmenge pro Sekunde.

(praktisch arbeiten die meisten Strom-Messgeräte etwas anders und messen die Spannung, die über einen Widerstand abfällt ("Multimeter") oder bestimmen in irgend einer Form die Magnetfelder, die der Strom verursacht ("Stromzange"))

Die Ladung, die durch eine Fläche pro Zeit fließt ist dann die Stromdichte. Das ist dann deine zweite Definition.

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Die Frage ist relativ schwierig: Sollte sich das Quark als Elementarteilchen bestätigen, dann kann man eigentlich nicht von einer "Größe" oder ähnlichem sprechen. Physikalisch relevant sind die Ladung(en) und die Masse des Quarks.

Was man machen kann, ist Eigenschaften in Längen ausdrücken.

Da ist zum Beispiel ...

  • die Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Hier kann man die Bereiche wo ein Quark sehr wahrscheinlich zu finden ist, als "Ausdehnung" bezeichnen. Beim Elektron nenn man das den Bohr-Radius. Dummerweise treten Quarks nie alleine auf, so dass man Quarks nicht so in eine Größe umrechnen könnte. Man kann leider nur Anteile nennen, die Quarks zu zusammengesetzten Teilchen beitragen.
  • der Wirkungsquerschnitt: Damit meint man die rechnerische "Trefferfläche" eines Teilchens. Hier hängt dann dummerweise die Größe eines Quarks stark bei von der Energie des Teilchens ab, mit dem man das Quark "vermisst".
  • die maximale Ladungsdichte: Welches Volumen müsste man dem Teilchen geben, damit seine Ladung in der klassischen Physik noch Sinn macht? Sprich, wann wäre seine Masse gleich der Energie, die im elektrischen Feld steckt. Hier bekommt man die 10^(-16) m als Näherung.
  • Schwarzschildradius: Welches Volumen müsste man dem Quark geben, damit seine Masse kein Schwarzes Loch nach der relativitätstheorie erzeugen kann? Hier wären 10^(-30) m denkbar.

Aber egal wie mans probiert, es kommt nur immer eine Krücke raus.

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Der Verbraucher ist üblicherweise zwischen Quelle (+) und dem Drain-Pin des Mosfets. Der Source ist direkt mit dem Gnd / -verbunden und die Spannung am Gate ist dann zwischen Gnd und dem Gate-Pin.

Im Datenblatt ( International Rectifier IRF530N HEXFET) steht Du darfst +/- 20 V ans Gate anlegen,12 V sind sicher OK. Warum dann doch ein kleiner Gate-Widerstand hilfreich ist steht ein paar Zeilen weiter unten: Der Mosfet kann mit 7.4 V/ns einschalten (du/dt), deine 12V wären dann in nur 1.5 ns erreicht! Das kann zu Schwingungen im Schaltkreis führen.

Auf der nächsten Seite steht verschiedene Schaltzeiten td(on),td(off) und so weiter für eine typische Anwendung, und da werden 12 Ohm verwendet. Wenn Du einen ähnlichen Widerstand verwendest (ungefähr 10 Ohm) kannst Du nichts falsch machen.

Und bitte daran denken, dass der Mosfet auch warm wird. Der hält zwar 60A im PWM aus (Pulsed Drain Current), darf aber "nur" 175°C heiß werden (wenn nicht vorher schon deine Stromquelle aufgibt ;-) ). D.h. probiere erst mal ein PWM aus, dass nur wenig einschalten bietet und fahre dann immer weiter hoch. Wird der Mosfet (zu) warm, dann brauchst Du entweder einen Kühlkörper oder musst das PWM hier stoppen.

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Ob Du nach dem Praktikum dann Superkräfte hast ist eine andere Frage...

Die Mischung aus Kleidung und/oder Schuhe ist schuld. Gerade die typische Laborkleidung oder Kleidung in Praxen ist dafür leider besonders schlecht geeignet (Kunstfaser, Schuhe mit Kunststoff-Solen auf Kunststoffböden). Gemischte Kleidung ist schlimmer als von einem Stoff-Material.

Wenn es Dich sehr stört und die Kleidung vorgeschrieben ist, kannst Du mal nach ESD-Schuhen oder Sandalen schauen. Die reduzieren die Aufladung, weil die Sole und das Fußbett elektrisch leitend sind.

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Wenn ich das so durchlese: Wo ist eigentlich Deine "Last". Du hast Drain mit dem Labornetzteil angeschlossen und zwischen Source und Ground das Multimeter (auf Strom-Messung? - Bei Spannungsmessung fließt kein Strom) und dann wieder zurück zum (-) des Netzteils?

Wenn es so ist, dann schaltest Du mit dem Mosfet das Netzteil schlicht kurz! Nach Datenblatt hat der gerade 44 mOhm widerstand im "Ein-" Zustand, dann kann das Netzteil gar nicht genug Strom liefern, um noch die Spannung zu halten.

Richtig angeschlossen:

Source (pin3) an das Netzteil (-), zwischen Netzteil (-) und Gate (pin1) die 9V Spannung (+9V gegen - am Netzteil!) und den Taster in Reihe und zwischen Drain (pin 2) und dem Netzteil noch eine Last rein (Widerstand, DC-Motor, was auch immer). Das Multimeter (Spannungsmodus) parallel zum Mosfet anschließen (Drain source, pin 2 und 3). Bei aus sollte jetzt hier mal genau die Spannung vom Netzteil angezeigt werden. Geht der Mosfet auf "ein" dann sollte die Spannung dramatisch einbrechen und der gesamte "Widerstand" an der Last liegen.

Die Pins hast Du richtig verbunden?

https://www.infineon.com/dgdl/irf540n.pdf?fileId=5546d462533600a4015355e396cb199f

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Wie hier schon von PeterP58 und JayCeD geschrieben: Die Idee ist es mit dem Temperatursensor möglichst dicht am Siedepunkt abzuschalten. Dazu muss das Heizelement knapp über 100°C liegen.

Die Geräte mit Bimetall erkennt man am "Klick"-Geräusch. Der Bimetall-Streifen verbiegt sich mit der Temperatur und schon hat man einen Schalter, einfach aber zuverlässig. Der Ausschaltbereich ist sehr genau eingestellt: Öffnet man den Deckel, dann kann beim Kochen mehr Dampf entweichen und der Streifen löst wegen ein paar °C gerade nicht mehr aus.

Ganz anders: Bei Wasserkochern mit vorwählbarer Temperatur (z.B. für Babynahrung oder Tee-Junkies) ist ein echter normaler Temperatursensor (NTC oä) verbaut und eine Elektronik sorgt dann für die Temperaturregelung.

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