Wie kann das elektrische Feld in einem idealen stromführenden Draht Null sein?

Ich weiß, dass es mehrere Beiträge zu derselben Idee gibt, und ich habe die meisten davon gelesen, aber meine Fragen bleiben bestehen. Die anderen Beiträge zum Thema habe ich am Ende dieses Beitrags aufgelistet. Alle anderen Beiträge sagen, dass das elektrische Feld in einem idealen Draht Null sein muss, weil:

  1. Da der Potentialabfall über dem Draht Null ist, muss das elektrische Feld Null sein.
  2. Da "J = σ E" und für einen idealen Draht σ gegen unendlich geht, muss E gegen Null gehen.

Ich verstehe diese beiden Argumente, aber dennoch habe ich die folgenden Fragen.

Betrachten Sie eine einfache Schaltung mit einer Batterie und einem Widerstand. Und die beiden sind mit idealen Drähten verbunden.

Folgende Fragen stehen damit im Zusammenhang:

  1. Wenn das elektrische Feld in den idealen Drähten Null sein muss, wie kann dann der Strom im Stromkreis fließen? Bitte erklären Sie mir mit mikroskopischen Details, wie genau der Strom in einem solchen Stromkreis fließt und wie genau das elektrische Feld in den idealen Drähten zu Null wird.

  2. Ist es die intrinsische Eigenschaft eines stromführenden idealen Leiters selbst, dass das elektrische Feld durch ihn Null sein sollte, oder schafft er es, das elektrische Feld im Inneren in allen Szenarien auf Null zu bringen? Wenn es einem idealen Leiter gelingt, das elektrische Feld in seinem Inneren in allen Szenarien auf Null zu bringen, wie genau tut er das dann?

Ich erwarte eine Erklärung, die auch in die Vorstellung passt. Eine intuitivere Erklärung.

Freundlich helfen.

Im Folgenden finden Sie einige Beiträge zu ähnlichen Ideen.

Ist das elektrische Feld in einem stromdurchflossenen idealen Leiter Null?

Gibt es in einem idealen stromführenden Draht ein Nicht-Null-Feld?

Antworten (1)

In einem Leiter übt das elektrische Feld eine Kraft auf die Leitungselektronen aus, sodass diese Elektronen beschleunigt werden. Die Elektronen werden dann an Gitterschwingungen (Phononen) gestreut und abgebremst. Der Strom stellt sich auf einen Gleichgewichtszustand ein, wenn Beschleunigung und Verzögerung gleich groß sind, und wenn wir eine Schaltungsanalyse durchführen, gehen wir davon aus, dass sich die Schaltung auf diesen Gleichgewichtszustand eingestellt hat. Beispielsweise gilt das Ohmsche Gesetz nur im Gleichgewicht.

Das Problem bei einem idealen Leiter ohne Widerstand besteht darin, dass die Elektronen von Phononen nicht gestreut werden und daher keine Verzögerung auftritt. Das heißt, wenn wir eine Spannung an diesen Leiter anlegen würden, würden die Elektronen einfach weiter beschleunigen und der Strom würde ohne Obergrenze linear mit der Zeit ansteigen. Der Kreislauf kann niemals ein Gleichgewicht erreichen und kann daher nicht auf die übliche Weise analysiert werden.

Die Beschleunigung der Elektronen erfolgt innerhalb der Batterie oder der verwendeten Stromversorgung. Wenn jedes Elektron die Batterie passiert, wird seine kinetische Energie um erhöht Δ T = e v , Wo e ist die Elektronenladung und v die Batteriespannung. Sobald die Elektronen die Batterie verlassen, sind sie keinem Feld ausgesetzt und gleiten einfach mit konstanter Geschwindigkeit durch den (idealen) Leiter – eine Geschwindigkeit, die mit jedem Durchgang durch die Batterie zunimmt.

In einem Leiter mit Widerstand entsteht die Potentialdifferenz, weil die Elektronen im Draht auf die Elektronen vor ihnen drücken. Die Leitungselektronen verhalten sich wie ein Gas, das am Eintritt in den Draht etwas stärker komprimiert wird als am Austritt. Wenn wir die hydraulische Analogie verwenden, würden wir sagen, dass der Druck des Elektronengases am Anfang des Leiters höher ist als am anderen Ende. Der Potentialabfall über dem Leiter ist analog zum Druckabfall in der hydraulischen Analogie. In einem widerstandslosen Leiter gibt es jedoch keinen "Druckabfall", da der Strömung kein Widerstand entgegensteht.

Vielen Dank für Ihre Antwort. Aber meine ursprünglichen Fragen bleiben bestehen. 1. Aus Ihrer Antwort sehe ich, dass zwei widersprüchliche Dinge zusammenkommen. Erstens beschleunigen die Elektronen in einem idealen Draht, da es keinen Widerstand und nur eine Beschleunigung aufgrund des elektrischen Felds gibt, und im zweiten Absatz sagen Sie auch, dass Elektronen, wenn sie in den Ideendraht kommen, keinem Feld ausgesetzt sind. Wie bringen wir diese beiden Aussagen in Einklang? 2. Meine Frage ist, ob diese Aussage stimmt, dass in einem idealen Draht das elektrische Feld Null ist? Wenn ja, warum dann?
Wenn aufgrund der Batterie im idealen Draht ein elektrisches Feld vorhanden ist, warum sagen wir dann, dass es Null sein sollte? Was macht es im Draht zu Null?
@DevanshMittal Hmm, OK, ja, ich war etwas unklar. Ich muss jetzt raus, aber ich komme darauf zurück, sobald ich zurück bin.
Ist es so, dass im Inneren des Kabels zwei elektrische Felder vorhanden sind - 1. durch die Batterie und 2. durch die Ladungsanhäufung über dem Widerstand? Und diese beiden elektrischen Felder löschen sich innerhalb des Drahts aus, sodass das elektrische Nettofeld innerhalb des idealen Drahts Null wird? Bitte bestätigen.
Vielen Dank, Sir, für Ihre freundliche Antwort. Mit diesen und ähnlichen Fragen beschäftige ich mich sehr. Geben Sie mir bitte etwas Zeit. Ich werde Ihnen sehr dankbar sein. Sie sind eine Person von großmütigem Ruf. Ich möchte von einer gelehrten Person wie Ihnen lernen. Danke mein Herr.
Sir, ich warte immer noch auf Ihre Antwort.
@DevanshMittal Ich denke, es wäre besser, dies im Physik-Chatroom zu verfolgen . Ich werde die nächsten Stunden in diesem Raum sein.
Sicher Sir. Danke.
Wie kann das elektrische Feld in einem idealen stromführenden Draht Null sein?
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