Wie verläuft der Stromfluss senkrecht zum Draht?

Diese Antwort gibt eine großartige Erklärung dafür, wie sich die Oberflächenladung aufbaut, um den Strom zu zwingen, sich senkrecht zum Draht zu bewegen: https://physics.stackexchange.com/a/102936/41086

Das Magnetfeld wird jedoch nicht angesprochen . Bewegte Ladungen erzeugen ein magnetisches Feld, also zusätzlich zum elektrischen Feld, das eine Kraft auf die Ladungen erzeugt, auch das magnetische Feld.

Die Antwort erklärt nicht, welche Wirkung (falls vorhanden) das von den sich bewegenden Ladungen im Übergangszustand erzeugte Magnetfeld auf den Ladungsaufbau oder die Wirkung des Magnetfelds im stationären Zustand hat.

Könnte mir also jemand erklären, wie der Strom senkrecht zum Draht fließt, indem er das erzeugte Magnetfeld berücksichtigt ? Im Wesentlichen suche ich nach einer Erweiterung der Antwort, auf die ich oben verlinkt habe, indem ich Informationen zum stationären Zustand einbeziehe und das Magnetfeld berücksichtige.

Haben Sie versucht, die Auswirkungen des Magnetfelds in diesem Fall abzuschätzen? Was ich damit meine, ist zu vergleichen | E → | mit | v | . | B → | (SI-Einheiten) für die Elektronen im Draht. Wenn der zweite viel kleiner ist als der erste, sollte es keine wichtige Wirkung des Magnetfelds geben.
@ user23873 Das scheint ein guter Ansatz zu sein, aber ich habe keine Ahnung, wie ich überhaupt eine grobe Schätzung erhalten kann.
Wenn ich sagen soll, würde ich so etwas wie die Fermigeschwindigkeit verwenden ( a C ≈ 1 / 137 C ) für die Geschwindigkeit des Teilchens und C | B → | = | E → | . Nach dem nächsten Montag werde ich wahrscheinlich in der Lage sein, eine anständigere Antwort zu geben.
@Hydro Guy, was passiert nächsten Montag?

Antworten (2)

Lassen Sie uns den realen Draht als zwei unendlich dünne Drähte modellieren, die 1 mA Strom in einem Abstand von 1 mm führen.

B = μ ICH 2 π R
F = Q v B

Wenn wir dies einstecken und berücksichtigen, dass die Stromgeschwindigkeit ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit beträgt (nahe dem tatsächlichen Wert, abhängig vom Draht), erhalten wir, dass die auf jedes Elektron ausgeübte Beschleunigung in der Größenordnung von liegt 10 12 M / S 2 Berechnung in Wolfram|Alpha. Das ist eine ziemlich hohe Zahl, also sieht mein erstes Modell skurril aus.

Wir brauchen etwas Besseres. Nehmen Sie den Abschnitt des Drahtes, an dessen Oberfläche der Strom fließt. Sie möchten das Magnetfeld am obersten Punkt sehen, das für jeden Punkt in der Oberfläche erzeugt wird. Das erste, was Sie bemerken, ist, dass für jeden Punkt der auf der gegenüberliegenden Seite ein Magnetfeld hat, das sich teilweise gegenseitig aufhebt. Wenn Sie den Draht aus der Richtung betrachten, in die der Strom fließt, bleibt nur die linke Komponente übrig. HINWEIS: Je näher an der Spitze, desto intensiver wäre dies, aber auch desto stärker die Auslöschung.

Wohin zeigt nun die magnetische Kraft? In Richtung Drahtmitte. Wenn also Elektronen fließen, werden sie zur Mitte geschoben, aber das würde sie auch näher bringen und daher die Abstoßung verstärken.

Also, was passiert am Ende? Wenn der Draht klein genug ist, sind die magnetischen Kräfte stark genug, um die Elektronen hineinzudrücken, und der Strom fließt durch den gesamten Drahtkörper. Wenn Sie es dick genug machen, werden die stärkeren Komponenten in dieser Kraft, die von der gegenüberliegenden Seite des Drahtes kommen, weiter entfernt sein, sodass die Strömung an der Oberfläche bleibt. Das ist einer der Gründe dafür, dass dicke Drähte aus vielen kleinen gebündelt werden. Die anderen sind: Es ist leichter zu biegen, und wenn es einen Defekt gibt (z. B. einen Riss), bricht es nur diese Faser, aber nicht das gesamte Kabel.

Ein Kommentar zum Wert der Beschleunigung. Der Wert selbst ist nicht wichtig, wichtig ist die Verschiebung, die er während der Zeit verursacht, in der er betätigt wird
Das ist eigentlich ein sehr guter Punkt. Unter der Annahme eines Nanosekundendrahtes (wie uns Grace Hopper beigebracht hat), 10^{12} \cdot 10^{-12}^2 = 10^{-12} m = 10^{-9} mm .
Die Geschwindigkeit von Wellen in einem Kabel, die tatsächlich vergleichbar ist C , ist nicht die tatsächliche Geschwindigkeit v der Ladungsträger. Bei einem Kupferdraht mit 1 mm Durchmesser, der 1 Ampere führt, und unter der Annahme eines Ladungsträgers pro Atom, liegt die mittlere Geschwindigkeit der Ladungsträger in der Größenordnung von 0,1 mm/s.
@Davidmh Kleiner Punkt: Beschleunigung ist M / S 2

Für sich langsam bewegende Ladungen ist Magnetismus nur eine relativistische Korrektur, also die relative Größe seines Effekts Ö ( v 2 / C 2 ) . Seit v für Ladungen in einem Draht sehr klein ist (weniger als 1 cm/s), ist der Effekt unbedeutend.

Da sich parallele Ströme anziehen, wird der Strom ein winziges, winziges bisschen in die Mitte des Drahtes gezogen.

Wie verläuft der Stromfluss senkrecht zum Draht?
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