Wenn ein Elektron von einem anderen Elektron abgestoßen wird, wie kommt es dann zu elektrischem Strom?

Sie stoßen sich tatsächlich ab. Aber sie werden von dem Punkt, von dem sie kommen, noch stärker abgestoßen .

• Stellen Sie sich vor, Sie hätten zwei geladene Metallkugeln, von denen eine die Hälfte der Ladung der anderen hat. Wenn Sie sie mit einem Draht verbinden, fließen dann Ladungen?

Ja. Sicher, jedes einzelne Elektron fühlt eine starke Abstoßung von beiden Kugeln, da auf beiden bereits eine Ansammlung von Elektronen stattfindet.

Aber das Elektron fühlt eine stärkere Abstoßung von der Kugel mit mehr Ladung. Es wird sich also in Richtung des Balls mit niedrigerer Ladung bewegen wollen. Genauso wie ein Auto, das von zwei starken Männern von beiden Seiten geschoben wird, auf den schwächeren von ihnen zutreibt. Relevant ist die Gesamtkraft .

Tatsächlich ist dies das Arbeitsprinzip hinter jedem Lademechanismus. Um an einem Punkt viel Ladung anzusammeln, muss man nur eine größere Kraft auf die Ladungsträger ausüben als die Abstoßungskraft, die sie von diesem Punkt aus spüren. Das Aufladen einer Batterie erfordert beispielsweise, dass die internen elektrochemischen Kräfte Elektronen mit einer Kraft, die größer ist als die Abstoßung von diesem negativen Anschluss, zum negativen Anschluss „schieben“ .

Elektronen stoßen sich zwar ab, breiten sich aber auch gerne aus. Die Quantenmechanik sagt uns, dass es viel Energie kostet, ein Elektron in einem kleinen Volumen zu lokalisieren. Diese beiden Tendenzen konkurrieren. Das quantenmechanische Hubbard-Modellbasiert auf diesen beiden Effekten. Es hat zwei Parameter: Abstoßung vor Ort und Übertragungsenergie (Hamiltonsches Matrixelement übertragen). Je nach Verhältnis dieser erhält man entweder einen Isolator mit lokalisierten Elektronenorbitalen oder einen Leiter mit delokalisierten Orbitalen. Lokalisierte Orbitale beschreiben Elektronen, die an eine Position gebunden sind und eine Aktivierungsenergie benötigen, um mobil zu werden. Delokalisierte Orbitale beschreiben Elektronen, die sich permanent mit hoher Energie und Geschwindigkeit durch das Material bewegen. Wenn sich alle beweglichen Elektronen mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen bewegen, fließt kein Strom. Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, ergibt sich eine Netto-Driftgeschwindigkeit und es gibt einen Strom.

Elektronen können sich auch in 3D weitgehend ausweichen. Deshalb ist das Freie-Elektronen-Modell von Leitern gar nicht so schlecht. In 1D sind sie es nicht, weshalb ein echtes 1D-System immer lokalisierte Orbitale haben und ein Isolator sein wird.

Die Elektronen in einem Leiter stoßen sich ab und werden von den Kernen angezogen. Beide Effekte heben sich auf. Der Leiter ist neutral, es gibt keinen Elektronenüberschuss.

Ohne eine angelegte EMK sind ihre Richtungen also zufällig, und unter einer EMK gibt es einen Nettofluss, der die Symmetrie ihrer Impulsverteilung bricht.

Gute Frage, aber deine Vorstellung von Strom ist falsch. Sie stellen sich Strom oder Elektronenfluss vor, wie eine Anzahl von Kugeln, die nebeneinander fließen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Wenn ich mich nicht irre, hoffen sie von einem Atom zum anderen. Wenn wir also einen Schnappschuss von einem Moment machen, in dem Strom fließt, sieht es genau wie ein stationäres Material aus, nämlich mit aneinandergedrängten Atomen und Elektronen, die sie umkreisen, und nicht nur mit fließenden Elektronen. Sie haben beim Fließen den gleichen Abstand voneinander wie im Stillstand (nicht unter einer EMK).