Die Wanderung der Elektronen im Stromkreis

Edo · Anmeldungsdatum: 31.10.2010 Beiträge: 1

Meine Frage:
Das Problem ist das folgende: Wir haben einen ganz simplen Stromkreis mit einer Batterie als Spannungsquelle und einer kleinen Glühlampe. In der Batterie entsteht eine Ladungstrennung und verbinden wir Plus und Minus-Pol mit unserem Kabel und der Glühlampe entsteht eine Spannung und ein elektrisches Feld, welches das Elektronengas des metallischen Leiters in Bewegung setzt. Soweit so gut. Ich hatte, offensichtlich irrtümlich angenommen, dass (z.B. im Falle eines Daniell-Elementes) die Elektronen von der Zn-Elektrode sich auf den Weg zum Pluspol machen. Nun steht aber in einem meiner Bücher (Lindner, Physik für Ingenieure) folgendes: ?Spannungsquellen sind Energiequellen, die in einem geschlossenen Stromkreis an die bereits vorhandenen Elektronen Energie abgeben und somit deren Bewegung bewirken. Die Spannungsquelle selbst führt dem Stromkreis keine Elektronen zu.? In einem anderen Buch (Tipler, Physik) steht zu dem Thema: ?Ladung, die am Ende eines bestimmten Bereiches des Drahtes austritt, wird durch die entsprechende Ladung am Beginn des Bereiches wieder aufgefüllt. Es ist die Ausbreitung dieser Störung entlang des Drahtes und nicht etwa schnell fließende Leitungselektronen, die zu einem fast sofortigen Fliessen des Stromes durch den Glühdraht führt.?

Meine Ideen:
Also wie nun, wird der Draht mit frischen Elektronen gespeist, wie in dem viel bemühten Wasserschlauchvergleich oder nicht?

Wenn die erste Erklärung zutrifft, dann schuppsen die Zn-Elektronen nur die des Drahtes an? Ist es denn dann tatsächlich so, dass ein freies Metall-Elektron vom Anfang des Drahtes durch den Glühbirnenfaden wandert und irgendwann am anderen Ende am Pluspol der Batterie endet? Kann ja nicht sein, denn dann wäre der Strom wohl ziemlich schnell am Ende, da die freibeweglichen Valenzelektronen ja auch gezählt sind, nicht wahr?

Handelt es sich denn dann doch eher um ein sich gegenseitiges Anschuppsen als eine wirklich Fortbewegung eines Elektronengases wie es immer in den Büchern steht? Aber was ist dann mit den ganzen Elektronen, die eigentlich von der Zn-Elektrode wegwollen? Sind die Abstoßungskräfte zwischen ihnen nicht irgendwann riesig?

Die Erklärung von Tipler hört sich so an, als handelte es sich auch bei einem normalen Leiter eher um eine Art Störstellenleitung. Ist seine Version richtig, ist es dann so, dass im Moment des Spannungsaufbaus am Ende des Leiters ein Elektron auf den Pluspol der Batterie springt und diese ?Leerstelle? nach und nach von dem jeweiligen Nachbarelektron aufgefüllt wird?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Spannungsquelle sorgt dafür, dass an ihrer einen Elektrode immer zu viele Elektronen vorhanden sind, also ein Überschuss an negativer Ladung, und an ihrer anderen Elektrode dementsprechend ein Elektronenmangel, also ein Überschuss an positiver Ladung.

Zwischen diesen geladenen Elektroden der Spannungsquelle bildet sich ein elektrisches Feld, das breitet sich beim Einschalten sehr schnell (fast mit Lichtgeschwindigkeit) entlang des Leitungsdrahtes aus.

In diesem elektrischen Feld werden nun Elektronen entlang des Drahtes beschleunigt. (Weil sie am und zu immer wieder anecken und dabei abgebremst werden, ergibt sich durch Beschleunigtwerden, Anecken, Beschleunigtwerden, Anecken, u.s.w. im Mittel eine Driftbewegung der Elektronen mit einer ziemlich kleinen Geschwindigkeit, zum Beispiel vielleicht nur mm/s oder cm/s oder so.)

Die negative Elektrode der Spannungsquelle gibt dabei Elektronen in den Draht hinein ab, während die positive Elektrode der Spannungsquelle gleichzeitig ebensoviele Elektronen aus dem anderen Ende des Drahtes aufnimmt. Insgesamt bleibt dabei also die Anzahl der Elektronen im Draht gleich, ebenso wie die Anzahl der Elektronen in der Spannungsquelle.

Hilft dir das schon ein bisschen, um die Aussagen in den beiden Büchern miteinander und mit deinem Verständnis von der Sache unter einen Hut zu bringen?

Der Draht auf der einen Seite wird mit Elektronen gespeist, während auf der anderen Seite Elektronen den Draht verlassen. Und die Elektronen brauchen sich nicht gegenseitig anzuschubsen und weiterzudrängeln, denn sie werden ja von dem elektrischen Feld im Draht beschleunigt, das durch die Ladungsüberschüsse auf den Elektroden der Spannungsquelle erzeugt wird.