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[quote="Aruna_17"][quote="willyengland"]Ok, aber im Mittel kann man schon sagen, dass die Elektronen so ungefähr 1 mm/s vorrucken? Ich finde das eine kuriose Vorstellung, im Kopf habe ich eher ein Bild irsinnig schnell herumrasender Elektronen, die das starke Feld erzeugen.[/quote] Dann bleib zunächst bei der Vorstellung von "irrsinnig" schnell herumrasenden Elektronen, nur dass die eben in alle möglichen Richtungen irrsinnig schnell herumrasen, so dass sich - ohne äußeres Feld - die gemittelte Geschwindigkeit 0 ergibt. Wenn man dann ein Feld anlegt, dann wird eine Richtung beim Rumrasen so bevorzugt, dass die gemittelte Geschwindigkeit in diese Richtung gößer null ist, aber eben sehr gering. Und dann stellt Dir noch vor, das (ich nehme mal an, Du meinst Magnet-) Feld von dem Strom erzeugt wird, der irrsinnig vielen Elektronen entspricht, die im Mittel sich sehr langsam in eine gemeinsame Richtung bewegen: [latex]I = v_d \cdot n \cdot q \cdot A[/latex] Dabei ist: I : Stromstärke v_d: Driftgeschwindigkeit n: Ladungsträger pro Volumen q: Ladung der Ladungsträger A: Querschnittsfläche des Leiters wie Du siehst, kommt es nicht auf die Driftgeschwindigkeit alleine an, sondern auch auf die Ladungsträgerdichte.... Sehr viele Ladungsträger, die im Mittel sehr langsam in eine Richtung driften => großer Strom => starkes Magentfeld.[/quote]
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TomS
Verfasst am: 26. Dez 2025 09:02
Titel:
Nach meiner Erinnerung: Wenn man für den normalleitenden Anteil das Ohmsche Gesetz
ansetzt und mittels London- und Maxwell-Gleichungen j und B eliminiert, erhält man eine gedämpfte Schwingungsgleichung für E. D.h. im stationären Zustand verschwindet E, und
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 22:31
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Im SL-Zustand trägt der normalleitende Anteil der Ladungsträgern Strom?
Ja. Siehe das Zwei-Flüssigkeiten-Modell, Kapitel 1.3 im o.g. Link.
in Gleichung (1.17) ist eine Driftgeschwindigkeit für die SL_Elektronen angegeben, die im Falle von E>0 einer konstanten Beschleunigung unterliegen?
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 21:23
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Im SL-Zustand trägt der normalleitende Anteil der Ladungsträgern Strom?
Ja. Siehe das Zwei-Flüssigkeiten-Modell, Kapitel 1.3 im o.g. Link.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Würde der nicht den SL erwärmen?
Ja.
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 19:45
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Es tragen alle Ladungsträger zum Stromfluss bei, ein Teil zur Supraleitung, der Rest zu Normalleitung.
Im SL-Zustand trägt der normalleitende Anteil der Ladungsträgern Strom?
Würde der nicht den SL erwärmen?
willyengland
Verfasst am: 25. Dez 2025 19:10
Titel:
Ok, verstehe. Vielen Dank für die Erklärung!
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 19:09
Titel:
Und beim Supraleiter ändert sich die Anzahl der im BCS-Kondensat vorliegen Elektronen in Abhängigkeit von der Temperatur; eine phänomenologische Näherung lautet
wobei
gilt.
Es tragen alle Ladungsträger zum Stromfluss bei, ein Teil zur Supraleitung, der Rest zu Normalleitung.
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 17:02
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Was bedeutet genau "Stromstärke"?
Das ist die Ladungsmenge, die pro Sekunde durch eine Querschnittsfläche senkrecht zur Stromrichtung fließt.
bleiben wir ausdrücklich bei einem
Normalleiter
:
siehe oben:
Aruna_17 hat Folgendes geschrieben:
Dabei ist:
I : Stromstärke
v_d: Driftgeschwindigkeit
n: Ladungsträger pro Volumen
q: Ladung der Ladungsträger
A: Querschnittsfläche des Leiters
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Man hat ja das "Elektronengas" im Metall. Heißt höhere Stromstärke dann, dass mehr dieser "Gaselektronen" sich in Driftbewegung setzen?
nein, die sind alle in Bewegung.
In obiger Formel ist bei einem gegeben Leiter aus einem gegebenen Material und mit einer gegebenen Querschnittsfläche n, q, A fest.
D.h. die Stromstärke hängt nur von der Driftgeschwindigkeit ab und skaliert mit dieser.
Wenn Du die Stromstärke durch geeignete Spannung verhundertfachst, dann verhundertfacht sich auch die Driftgeschwindigkeit.
Aber hundert mal sehr sehr langsam ist immer noch langsam.
Wenn Du die Querschnittsfläche des Leiters dann vergrößerst bekommst Du mehr Ladungsträger und die gleiche Stromstärke mit kleinerer Driftgeschwindigkeit....
willyengland
Verfasst am: 25. Dez 2025 16:20
Titel:
Was bedeutet genau "Stromstärke"?
Man hat ja das "Elektronengas" im Metall. Heißt höhere Stromstärke dann, dass mehr dieser "Gaselektronen" sich in Driftbewegung setzen?
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 15:37
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Ich finde es immer noch ziemlich kurios, dass eine so kleine Driftgeschwindigkeit ein so starkes Feld erzeugt.
die Größe, zu der die magnetische Feldstärke proportional ist und auch bei einem SL auftritt, ist die Stromstärke.
willyengland
Verfasst am: 25. Dez 2025 15:07
Titel:
Also bei NMR Magneten wird das Laden mit normalleitendem Kabel gemacht, dann irgendwann "der Schalter umgelegt" und das Kabel wieder abgezogen. Das Laden dauert einige Stunden und muss ziemlich langsam geschehen.
Das Umschalten ist immer ein kritischer Moment, da kann die Supraleitung zusammenbrechen, sog. Quentsch.
Ich finde es immer noch ziemlich kurios, dass eine so kleine Driftgeschwindigkeit ein so starkes Feld erzeugt.
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 11:42
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Ich kann mal wieder nicht erkennen in welchem Zusammenhang Deine Beiträge zu meinen Aussagen bzw. Fragen stehen sollen....
Es ging nicht speziell um deinen letzten Beitrag oder deine Beiträge sondern um die allgemeine Frage, ob im Falle von Supraleitung das Teilchenbild sinnvoll angewandt werden kann; nein, kann es nicht.
Ideen wie "Driftgeschwindigkeit der Elektronen", "tatsächlichen Geschwindigkeit eines einzelnen Elektrons", "dass die Elektronen so ungefähr 1 mm/s vorrücken", " denk an ein Röhrchen gefüllt mit Tabletten ... alle Tabletten im Röhrchen haben sich dabei nur ein kleines Stück bewegt" funktionieren nicht ...
... genausowenig wie Teilchen am Doppelspalt:
https://arxiv.org/pdf/cond-mat/0211198
Quantum superpositions of clockwise and counterclockwise supercurrent states in the dynamics of a rf-SQUID exposed to a quantized electromagnetic field
R. Migliore, A. Messina
The dynamical behavior of a superconducting quantum interference device (a rf-SQUID) irradiated by a single mode quantized electromagnetic field is theoretically investigated. Treating the SQUID as a flux qubit, we analyze the dynamics of the combined system within the low lying energy Hilbert subspace both in the asymmetric and in the symmetric SQUID potential configurations. We show that the temporal evolution of the system is dominated by an oscillatory behavior characterized by more than one, generally speaking, incommensurable Rabi frequencies whose expressions are explicitly given. We find that the external parameters may fixed in such a way to realize a control on the dynamical replay of the total system which, for instance, may be forced to exhibit a periodic evolution accompanied by the occurrence of an oscillatory disappearance of entanglement between the two subsystems.
We demonstrate the possibility of generating quantum maximally entangled superpositions of the two macroscopically distinguishable states describing clockwise and counterclockwise supercurrents in the loop
. The experimental feasibility of our proposal is briefly discussed.
https://arxiv.org/abs/cond-mat/0305461
Coherent Quantum Dynamics of a Superconducting Flux Qubit
I. Chiorescu, Y. Nakamura, C.J.P.M. Harmans, J.E. Mooij
We have observed coherent time evolution between two quantum states of a superconducting flux qubit comprising three Josephson junctions in a loop.
The superposition of the two states carrying opposite macroscopic persistent currents
is manipulated by resonant microwave pulses. Readout by means of switching-event measurement with an attached superconducting quantum interference device revealed quantum-state oscillations with high fidelity. Under strong microwave driving it was possible to induce hundreds of coherent oscillations. Pulsed operations on this first sample yielded a relaxation time of 900 nanoseconds and a free-induction dephasing time of 20 nanoseconds. These results are promising for future solid-state quantum computing.
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 11:26
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Üblicherweise verwendet man einen supraleitenden Ring ohne normalleitende Zuleitung und induziert der Strom.
Hast Du dafür eine Quelle?
(Eine Quelle, die hier nicht genannt werden darf, meint, das ist unüblich)
Es ist tatsächlich für diverse praktische Anwendungen wenig geeignet.
Schau doch mal zu "Little-Parks superconducting rings", wo m.W.n. keine externe Spannung angelegt wird. Photos finde ich tatsächlich nichts, aber im Labor haben wir sowas verwendet.
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 10:43
Titel:
Ich kann mal wieder nicht erkennen in welchem Zusammenhang Deine Beiträge zu meinen Aussagen bzw. Fragen stehen sollen....
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 10:32
Titel:
Eine mikroskopische Betrachtung führt auf die BCS-Theorie. Siehe Kapitel 3 in
https://courses.physics.ucsd.edu/2014/Spring/physics239/LECTURES/SUPERCONDUCTIVITY.pdf?utm_source=chatgpt.com
Man betrachtet Cooper-Paare mit entgegengesetztem Impuls k und -k (3.10).
Diese Paare werden oft mit bosonischen Pseudo-Teilchen assoziiert; dies ist jedoch wegen (3.47) nicht vollständig korrekt.
Der BCS-Zustand (3.63) ist ein kohärenter Zustand bzgl. des Operators G rechts vor dem Vakuumzustand.
Tatsächlich betrachtet man je Gesamtimpuls P des BCS-Kondensats einen eigenen BCS-Zustand vermöge (3.27) und (3.120 ff). Dieser folgt letztlich mittels eines Galilei-Boosts zu einem zunächst künstlich eingeführten Impuls q, angewandt auf die fermionischen Operatoren c und c-dagger.
Die Stromdichte folgt mittels (3.135 ff). Jeder k-Wert trägt dabei einen k- und q-abhängigen Anteil. Man beachte, dass die Summe nicht über Cooper-Paare mit k und -k läuft. Die Summe konvergiert aufgrund der Eigenschaften der Fermi-Funktion f.
Eine Stromdichte getragen von klassischen Elementarladungen e lässt sich schreiben als
wobei i zunächst eine beliebige Klassifizierung nummeriert, N die "Teilchenzahl" je i, und v die Geschwindigkeit je i.
Vergleicht man mit (3.135)
so liefert dies die "Geschwindigkeiten" und "Teilchenzahlen" je k zu
Und damit sieht man, wo die naive Interpretation n scheitert: Die Elektron-Zustände sind je k
über den gesamten Supraleiter delokalisiert
; es gibt keine "lokalen Teilchen". Mit wachsendem k werden die
Geschwindigkeiten beliebig groß
; dies wird dadurch kompensiert, dass sie sich für k und -k teilweise wegheben, und dass die "Teilchenzahl" für große k aufgrund der Fermifunktion f
beliebig nahe bei Null liegt
, also "im Mittel weniger als ein derartiges Teilchen vorliegt". Insgs. ist es schlicht Quatsch, den Ausdruck in einem naiven Teilchenbild verstehen zu wollen und soetwas wie einzelne Geschwindigkeiten für eine bestimmte Anzahl von Teilchen zu betrachten.
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 09:41
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Üblicherweise verwendet man einen supraleitenden Ring ohne normalleitende Zuleitung und induziert der Strom.
Hast Du dafür eine Quelle?
(Eine Quelle, die hier nicht genannt werden darf, meint, das ist unüblich)
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 06:47
Titel:
Üblicherweise verwendet man einen supraleitenden Ring ohne normalleitende Zuleitung und induziert der Strom.
Aruna
Verfasst am: 24. Dez 2025 21:56
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Es bringt aber nichts, an dieser problematischen Vorstellung auch noch im Rahmen der Supraleitung festzuhalten.
Um Strom in einen SL-Magneten zu bringen, schließt man den an eine Stromquelle an, und die Zuleitungen sind zunächst mal normal-leitend
Da könnte man sich ein "magisches" Tablettenröhrchen vorstellen:
An der einen Seite fließt eine bestimmte Ladungsmenge in Form von Elektronen pro Zeiteinheit rein, und and der anderen Seite wieder raus. Und das mit nicht besonders hohen Driftgeschwindigkeiten.
(Was dazwischen in dem Röhrchen passiert ist nicht so leicht vorstellbar)
Kann man da nicht folgern, dass sich das Elektronenkollektiv im SL ähnlich "schnell" bewegt, wie im Normalleiter, wenngleich nicht mehr durch Driftgeschwindigkeit beschrieben sondern durch Phasengradienten des makroskopischen Quantenzustandes o.Ä.?
Nobby1
Verfasst am: 23. Dez 2025 15:01
Titel:
Supraleitung ist natürlich was anderes.
TomS
Verfasst am: 23. Dez 2025 14:59
Titel:
Nobby1 hat Folgendes geschrieben:
Das ist aber die Lehrmeinung auf Schülerniveau um die Auswirkung von Strom (gerichteter Fluss von Elektronen) darzustellen.
Das ist mit schon klar.
Es bringt aber nichts, an dieser problematischen Vorstellung auch noch im Rahmen der Supraleitung festzuhalten.
Nobby1
Verfasst am: 23. Dez 2025 14:48
Titel:
Das ist aber die Lehrmeinung auf Schülerniveau um die Auswirkung von Strom (gerichteter Fluss von Elektronen) darzustellen. Wenn ein Schalter für eine Lampe umgelegt wird, sieht man das Resultat augenblicklich in Lichtgeschwindigkeit. Die Lampe ist an. Die Elektronen werden am Minuspol der Spannungsquelle in den Leiter zur Lampe reingedrückt und kommen am Pluspol wieder raus, um in der Spannungsquelle wieder reinzukommen. Geschlossener Stromkreis. Die eigentliche Geschwindigkeit ist dabei viel langsamer einige Millimter pro Sekunde.
TomS
Verfasst am: 22. Dez 2025 16:52
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Wenn man sich schon etwas "vorstellen" möchte, dann denk an ein Röhrchen (an beiden Enden offen), gefüllt mit Tabletten. Wenn Du an einem Ende eine Tablette reindrückst, fällt am anderen Ende eine Tablette raus. Alle Tabletten im Röhrchen haben sich dabei nur ein kleines Stück bewegt.
Die Vorstellung ist sicher nicht zutreffend.
TechnikFan
Verfasst am: 22. Dez 2025 15:33
Titel:
Wenn man sich schon etwas "vorstellen" möchte, dann denk an ein Röhrchen (an beiden Enden offen), gefüllt mit Tabletten. Wenn Du an einem Ende eine Tablette reindrückst, fällt am anderen Ende eine Tablette raus. Alle Tabletten im Röhrchen haben sich dabei nur ein kleines Stück bewegt.
TomS
Verfasst am: 21. Dez 2025 12:49
Titel:
Man darf sich keine einzelnen Elektronenpaare in einem BCS-Kondensat vorstellen. Der Strom ist eine kollektive Quanten-Eigenschaft.
willyengland
Verfasst am: 21. Dez 2025 11:59
Titel:
Ah, verstehe, gute Veranschaulichung in dem Video!
Danke!
Aruna_17
Verfasst am: 21. Dez 2025 11:21
Titel:
Aruna_17 hat Folgendes geschrieben:
Dann bleib zunächst bei der Vorstellung von "irrsinnig" schnell herumrasenden Elektronen, nur dass die eben in alle möglichen Richtungen irrsinnig schnell herumrasen, so dass sich - ohne äußeres Feld - die gemittelte Geschwindigkeit 0 ergibt.
youtube.com/watch?v=v-En7qY5vzY&t=179s
Aruna_17
Verfasst am: 21. Dez 2025 10:42
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Ok, aber im Mittel kann man schon sagen, dass die Elektronen so ungefähr 1 mm/s vorrucken?
Ich finde das eine kuriose Vorstellung, im Kopf habe ich eher ein Bild irsinnig schnell herumrasender Elektronen, die das starke Feld erzeugen.
Dann bleib zunächst bei der Vorstellung von "irrsinnig" schnell herumrasenden Elektronen, nur dass die eben in alle möglichen Richtungen irrsinnig schnell herumrasen, so dass sich - ohne äußeres Feld - die gemittelte Geschwindigkeit 0 ergibt.
Wenn man dann ein Feld anlegt, dann wird eine Richtung beim Rumrasen so bevorzugt, dass die gemittelte Geschwindigkeit in diese Richtung gößer null ist, aber eben sehr gering.
Und dann stellt Dir noch vor, das (ich nehme mal an, Du meinst Magnet-) Feld von dem Strom erzeugt wird, der irrsinnig vielen Elektronen entspricht, die im Mittel sich sehr langsam in eine gemeinsame Richtung bewegen:
Dabei ist:
I : Stromstärke
v_d: Driftgeschwindigkeit
n: Ladungsträger pro Volumen
q: Ladung der Ladungsträger
A: Querschnittsfläche des Leiters
wie Du siehst, kommt es nicht auf die Driftgeschwindigkeit alleine an, sondern auch auf die Ladungsträgerdichte....
Sehr viele Ladungsträger, die im Mittel sehr langsam in eine Richtung driften => großer Strom => starkes Magentfeld.
willyengland
Verfasst am: 21. Dez 2025 10:08
Titel:
Ok, aber im Mittel kann man schon sagen, dass die Elektronen so ungefähr 1 mm/s vorrucken?
Ich finde das eine kuriose Vorstellung, im Kopf habe ich eher ein Bild irsinnig schnell herumrasender Elektronen, die das starke Feld erzeugen.
Aruna_17
Verfasst am: 21. Dez 2025 09:28
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Aruna_17 hat Folgendes geschrieben:
Das ist übrigens
nicht
die Geschwindigkeit eines einzelnen Ladungsträgers
Das verstehe ich nicht.
Was ist denn mit Driftgeschwindigkeit gemeint, wenn nicht die Geschwindigkeit eines Elektrons (oder Cooperpaares)?
das war eventuell missverständlich ausgedrückt,
ich wollte die
Durchschnitts
geschwindigkeit (=Driftgeschwindigkeit) eines Elektrons bezogen auf eine große Menge von Elektronen von der
tatsächlichen
Geschwindigkeit eines einzelnen Elektrons unterscheiden.
Wenn in D eine Frau im Schnitt 1,4 Kinder bekommt, heißt das ja nicht, dass es eine tatsächliche Frau gibt, die 1,4 Kinder hat.
willyengland
Verfasst am: 21. Dez 2025 08:53
Titel:
Aruna_17 hat Folgendes geschrieben:
Das ist übrigens
nicht
die Geschwindigkeit eines einzelnen Ladungsträgers
Das verstehe ich nicht.
Was ist denn mit Driftgeschwindigkeit gemeint, wenn nicht die Geschwindigkeit eines Elektrons (oder Cooperpaares)?
Aruna_17
Verfasst am: 20. Dez 2025 20:21
Titel:
in Supraleitern wird der Strom eher durch Cooper-Paare getragen, und deren Verhalten mit anderen Größen als Driftgeschwindigkeit beschrieben.
aber wenn Du Stromstärke, Anzahl der Ladungsträger und Ladung der Ladungsträger in die entsprechende Formel einsetzt, kommst Du auf ähnliche Driftgeschwindigkeiten.
Das ist übrigens
nicht
die Geschwindigkeit eines einzelnen Ladungsträgers
Und es gibt eben sehr, sehr viele Ladungsträger, so dass dennoch viel Ladung pro Zeiteinheit fließt.
willyengland
Verfasst am: 20. Dez 2025 19:39
Titel: Elektronengeschwindigkeit in supraleitendem Magneten
Moin,
in einem starken, supraleitenden Magneten z.B. für die NMR Spektroskopie fließen Ströme im Bereich von 100 - 200 A.
Nun habe ich in einer Vorlesung gehört, dass die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einer normalen Stromleitung ca. 1 mm/s ist.
Ist das in einem supraleitenden Magneten auch so? Ich finde das irgendwie schwer vorstellbar, dass so langsame Elektronen so ein starkes Feld erzeugen.