Woher wissen Elektronen, welchen Weg sie in einem Stromkreis nehmen sollen?

Der Strom ist maximal durch die Segmente eines Stromkreises, die den geringsten Widerstand bieten. Aber woher wissen Elektronen vorher, welcher Weg ihrer Drift am wenigsten Widerstand leisten wird?

Antworten (4)

Dies ist wirklich dasselbe wie Adams Antwort, aber anders formuliert.

Angenommen, Sie haben ein einzelnes Kabel und schließen es an eine Batterie an. Elektronen beginnen zu fließen, aber während sie dies tun, erzeugt der Widerstand gegen ihren Fluss (dh der Widerstand des Drahtes) eine Potentialdifferenz. Die Elektronenflussrate, dh der Strom, baut sich auf, bis die Potentialdifferenz gleich der Batteriespannung ist, und an diesem Punkt wird der Strom konstant. All dies geschieht in etwa mit Lichtgeschwindigkeit.

Nehmen wir nun Ihr Beispiel mit zwei Drähten (A und B) mit unterschiedlichen Widerständen, die zwischen den Drähten verbunden sind - sagen wir mal R EIN > R B . Die ersten paar Elektronen, die fließen, werden zufällig zwischen den beiden Drähten A und B verteilt, aber da Draht A einen größeren Widerstand hat, baut sich die Potentialdifferenz entlang ihm schneller auf. Die Elektronen spüren diese Potentialdifferenz, so dass weniger Elektronen durch A fließen und mehr Elektronen durch Draht B fließen. Im Gegenzug baut sich das Potential entlang Draht B auf und schließlich wird die Potentialdifferenz entlang beider Drähte gleich der Batterie sein. Wie oben geschieht dies extrem schnell.

Die Elektronen wissen also nicht im Voraus, welcher Weg den geringsten Widerstand hat, und tatsächlich wählen die ersten paar Elektronen, die fließen, zufällige Wege. Sobald sich der Strom jedoch stabilisiert hat, wird der Elektronenfluss durch das vorausfließende Elektron eingeschränkt, und diese werden durch den Widerstand der Pfade eingeschränkt.

Um eine Analogie herzustellen, stellen Sie sich vor, aus einem Theater führen zwei Türen, eine kleine Tür und eine große Tür. Die erste Person, die nach der Show geht, wählt zufällig eine Tür aus, aber wenn sich die Warteschlangen aufbauen, werden mehr Leute die größere Tür wählen, weil sich die Warteschlange schneller bewegt.

+1 Die Türanalogie ist wahrscheinlich eine der besten, die ich gehört habe.
"Der Widerstand gegen ihren Fluss (dh der Widerstand des Drahtes) erzeugt eine Potentialdifferenz" - Wie? Entspricht es dem Flaschenhalseffekt, den Sie in Ihrer Analogie verwenden?

Sie tun es nicht. Elektronen folgen dem Weg des geringsten Widerstands, so wie Wasser bergab fließt. Die Elektronen wirken nicht kollektiv, jedes einzelne Elektron wird von anderen Elektronen weggetrieben und zu positiven Ladungen getrieben. Das kollektive Ergebnis lässt sich gut mit der Aussage beschreiben, dass sie den Weg des geringsten Widerstands gehen.

Auf beiden Wegen fließt Wasser. Wenn es den Damm erreicht, füllt es ihn. Solange mehr Wasser in den Damm zufließt als abfließt, steigt der Pegel. Nein, das Wasser ist nicht "glücklicher" (ich denke, das ist ein Übersetzungsproblem). Das Wasser fließt dorthin, wo das Wasser hinfließt, und es fließt dorthin, weil die Kräfte darauf einwirken; das gleiche gilt für die elektrizität.
@SwapnanilSaha Wasser fließt nicht den Hügel hinunter, nur weil der Boden niedriger ist, es fließt herunter, weil der Hügel an der Position der Wassermoleküle geneigt ist.
@AdamRedwine: Ich bin ziemlich zuversichtlich in meine Übersetzung und denke, dass Sie den Emotionen der Natur nicht den gebührenden Respekt entgegenbringen.
@ Darthfett: Sorry, konnte dich nicht verstehen.
Ich denke, das ist eine Art schlechte Analogie, es sei denn, Sie stellen sich vor, dass Wasser in Rohren fließt. Eine Verstopfung in einem Rohr verursacht einen höheren Druck weiter oben, und deshalb fließt kein Wasser hinein.
@Nathaniel, ja, Wasser in Rohren ist eine angemessenere Analogie für Strom in Drähten. Johns Antwort macht dies deutlicher.
@SwapnanilSaha, wenn Sie denken, dass Wasser „glücklicher“ ist, dann sei es so, aber solche Überlegungen werden Sie in den harten Wissenschaften nicht weit bringen. Die Physik sagt, dass ein Stein aufgrund der Gesetze der Thermodynamik und der Schwerkraft fällt, nicht weil es auf dem Boden besser wäre.

Elektronen gehen dorthin, wo das elektrische Feld sie drückt oder zieht. So „wissen“ sie, wohin sie gehen müssen. In einem Widerstand verlangsamt sich die Elektronendrift, sodass sich die Elektronen davor ansammeln. Dies erzeugt ein abstoßendes Feld und drückt Elektronen weg zu einem anderen leitenden Kanal.

Ein Signal folgt NICHT dem Weg des geringsten Widerstands.

Diese Aussage impliziert, dass es mehrere mögliche Pfade gibt.

Das Signal „sieht“ zu jedem Zeitpunkt EINEN Schaltkreis, der davon abhängen kann, ob das Signal konstant (DC) oder alternierend (AC) ist.

Woher wissen Elektronen, welchen Weg sie in einem Stromkreis nehmen sollen?
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