Elektronenfluss in einem Draht [Duplikat]

Wie bewegen sich Elektronen, die einen Stromfluss bilden, in einem Draht? Manche sagen, es ist wie ein Rad. Wenn Sie es anstoßen, bewegt sich jeder Teil des Rads sofort. Passiert das mit Elektronen? Bewegen sie sich überall im Draht, wenn der Stromkreis geschlossen ist? Warum? Oder liegt es daran, dass Elektronen zusammenstoßen und die Energie sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet?

mögliches Duplikat von Ist Elektrizität augenblicklich?
Es ist nicht ganz augenblicklich, aber die Änderung des elektrischen Felds im Draht, sobald er verbunden ist (was die Elektronenbewegung antreibt), breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Antworten (3)

Unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes bewegen sich Elektronen in Leitern tatsächlich nicht sehr schnell in Bezug auf ihre Massenströmungsgeschwindigkeit. Beispielsweise beträgt in Kupfer die Massendriftgeschwindigkeit von Elektronen weniger als einen Millimeter pro Sekunde. Jedes Elektron (insbesondere die Leitungselektronen ) hat jedoch eine effektive Geschwindigkeit von über einer Million Meter pro Sekunde. Die effektive Geschwindigkeit ist eine zufällige Geschwindigkeit und es stellt sich heraus, dass sie nur vom Material abhängt (z. B. für Kupfer beträgt sie ~1,6 × 10 6 m/s), weder die Temperatur noch das angelegte elektrische Feld. Die zufällige Geschwindigkeit und die Driftgeschwindigkeiten sind wichtig für die Bestimmung der mittleren freien Weglänge (~4 × 10 − 8 m oder ~40 nm in Kupfer) und Kollisionsrate (~4 × 10 13 Stöße pro Sekunde in Kupfer) für Leitungselektronen.

Die kurze Antwort lautet ja, die Leitungselektronen treffen aufeinander (was die Übertragung von Informationen verursacht) und während ihre Nettodriftgeschwindigkeit sehr gering ist, liegt die Kommunikationsrate durch den Leiter etwas unter der Lichtgeschwindigkeit.

Spannung ist die Arbeit, die verrichtet wird, um eine Ladung von einem Punkt zum anderen zu bewegen. Sie bewegen sich jedoch kaum. Was ist Spannung? Und Widerstand? Bedeutet das, dass ein Draht mit mehr Widerstand Elektronen langsamer stoßen lässt? Entschuldigung, ich bin verloren.
@SmCcK-Spannung ist eine Art Gravitationspotentialenergie. Wenn Sie eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten anlegen, wird ein geladenes Teilchen in diesem Bereich beschleunigt. Widerstand (oder spezifischer Widerstand) in einem Material ist in gewisser Weise wie Reibung. In einem Supraleiter beispielsweise kann Strom unbegrenzt verlustfrei fließen.
@SmCcK kurz gesagt, die Kollisionsrate, auf die ich mich bezog, hängt von der Driftgeschwindigkeit der Elektronen ab, während ihre mittlere freie Weglänge von der zufälligen Geschwindigkeit der Elektronen und der Kollisionsrate abhängt. Man kann es sich auch so vorstellen: J = N e e v D R ich F T ~ σ E . Also ja, der spezifische Widerstand eines Materials beeinflusst die Driftrate und die mittlere freie Weglänge von Elektronen.

Sobald Sie den Stromkreis schließen, wandert ein elektrisches Feld durch den Draht.
Schaltkreis

E = v X = F Q
Das elektrische Feld breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, sodass die verwendeten Drähte zu klein sind, so dass das elektrische Feld merklich Zeit braucht, um durch den Draht zu wandern. Da das elektrische Feld um den Draht herum konstant ist und (fast) sofort im gesamten Draht vorhanden ist, erfährt jedes Elektron die gleiche Kraft:
F = v e X
Wo e ist Ladung auf einem Elektron.
Jedes Elektron erfährt die gleiche Kraft aufgrund des elektrischen Feldes, nicht weil benachbarte Elektronen auf sie stoßen.

Wenn der Stromkreis geschlossen ist, beginnen Elektronen nacheinander, sich in der Kette zwischen Quelle und Senke ca. mit Lichtgeschwindigkeit. Das liegt daran, dass sich die Elektronen immer gegenseitig berühren und das Signal über den Start sich ca. mit c.

Dasselbe passiert auch in einer Wasserleitung. Versuch es. Natürlich können Sie nicht messen, wie schnell das Signal "Hahn weiter öffnen" am Ende Ihrer Pfeife ankommt. Aufgeregter ist es, wenn das Rohr von der Sonne aufgeheizt wurde und beim Öffnen des Absperrhahns das Wasser "augenblicklich" fließt, aber das kühlere Wasser mit Verzögerung kommt. Beachten Sie natürlich die anderen Antworten zur Zick-Zack-Bahn der Elektronen.

Elektronenfluss in einem Draht [Duplikat]
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