Strom eine Kraftwelle oder Materiewelle?

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

Meine Frage:
Guten Tag,

wenn Strom durch einen Leiter fließt so bewegt sich eine Kraftwelle durch
sich abstoßende Ladungsträger mit c durch den Leiter.
Handelt es sich bei Strom also vielmehr um ein wanderndes E-Feld?
Die Driftgeschwindigkeit der Elektronen ist ja sehr langsam.
Den Vergleich mit dem Gartenschlauch finde ich ein wenig unpassend, würde es ja heißen, dass Elektronen von Atom zu Atom hüpfen und sich somit wiederum doch mit LIchtgeschwindikeit bewegen.
Im Prinzip bedeutet es doch wiederum, dass sich Elektronen doch mit c bewegen, allerdings handelt es sich um einen ultrakurzen c-schnellen
Staffellauf.

Meine Ideen:
....

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Der Ausdruck Kraftwelle ist ein wenig ungewöhnlich, aber ich weiß, was du meinst. Normalerweise sagt man die Störung in der Elektronendichte oder die Driftgeschwindigkeit der Elektronen, diese bewirken die Fortpflanzung des Signals (Strom). Diese Driftgeschwindigkeit ist von außen induziert, das heißt, es kommt auf das von außen angelegte elektrische Feld (Spannung) an. Der wesentliche Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des Informationsübertrages (fast Lichtgeschwindigkeit c) und langsamer Driftgeschwindigkeit ist einfach, dass ein einzelnes Elektron sich mit der Driftgeschwindigkeit fortbewegt, während die Information, dass das elektrische Feld jetzt überhaupt anliegt, fast mit c ankommt.
Die Information, dass Elektronen sich bewegen (Strom) kommt so schnell an, weil eben das ganze Material schon mit Elektronen gefüllt ist.
Elektronen selbst bewegen sich nicht mit c aufgrund der Stöße im Material und die Bewegungsrichtung ist statistisch. Außerdem sind Elektronen massebehaftete Teilchen und keine Lichtquanten (Photonen) mit Ruhemasse 0.

Hier kannst du das noch einmal genau nachlesen:

http://www.spektrum.de/quiz/wie-lange-braucht-ein-elektron-bei-gleichstrom-ungefaehr-um-vom-lichtschalter-zur-deckenlampe-zu-gel/615458

smile

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

ja den Artikel hab ich gelesen. Ganz gut erklärt. Danke...
Wenn man davon spricht, dass sich das E-Feld mit c bewegt, meint man damit
die Summe aller verschobenen Ladungen von Elektronen in einem Querschnitt?
Elektrische Ladungen können ja nicht irgenwie von e zu e quantitativ übertragen werden.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Das elektrische Feld E ist eine Eigenschaft des Raumes, Ladung zu beeinflussen. Elektronen sind Teilchen, die eine elektrische Ladung tragen und somit vom äußeren angelegten elektrischen Feld beeinflusst werden und gleichzeitig selbst Quelle eines elektrischen Feldes sind. Also bewegt sich das elektrische Feld mit fast Lichtgeschwindigkeit (in Materialien), das ist eine elektromagnetische Welle und hat mit Elektronen nichts zu tun. Das elektrische Feld beeinflusst die Bewegung der Elektronen ("Verschiebung" der Elektronen), aber jedes Elektron hat die feste Elementarladung e und die behält es auch. Das Tragen der elektrischen Ladung ist aber Voraussetzung dafür, dass das elektrische Feld (abgesehen von Spin evtl usw) die Teilchenbewegung der Elektronen beeinflussen kann. Die Bewegung des E-Feldes mit (fast) c ist was anderes, nämlich die Bewegung der Welle aufgrund der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen allgemein. Auch ohne Elektronen oder Material wie Metall kann sich nämlich eine elektromagnetische Welle im Vakuum ausbreiten.

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

Moment mal. Das elektrische Feld ist also überall???
Ich lese gerade auch bei wikipedia, dass es sich um ein 'allgegenwärtiges Phänomen handelt', dass die Ausbreitung von EM-Wellen,Strom....erklärt.
Also so etwas wie ein Äther?,haha..
Wahrscheinlich habe ich es deswegen immer überlesen....hört sich einfach ein wenig fantastisch an.

Was ist denn mit GLeichstrom, der sich auch mit annähernd c durch einen Leiter bewegt? Da schwingt ja nichts.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Ja genau!
Das elektrische Feld braucht einen "Grund", also hat es eine Quelle, eine Ladung irgendeiner Art und breitet sich von dieser Quelle aus.
Die Stärke des Feldes, nämlich die Amplitude, fällt asymptotisch mit 1/Abstand von der Quelle (Intensität ist 1/Abstand^2) ab. Mathematisch heißt das, das es nie ganz null wird.
Bewegt sich die Quelle, so wird das elektrische Feld verzerrt und sendet Wellen abhängig von der Bewegungsart und Richtung der bewegten Ladung. Bewegen sich beispielsweise Elektronen schnell hin und her, so strahlen sie senkrecht zur Schwingungsachse ab (Dipol), deswegen funktioniert eine Antenne oder eben dein Handy, das Information über so eine Strahlung versendet.
Die Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes ist eine Eigenschaft des Raumes, also eine Eigenschaft unseres Universums im weitesten Sinne.
Den Begriff des Äthers hat man verworfen, weil man nach einem Medium/Material gesucht hat, auf dem sich die Wellen ausbreiten würden wie zum Beispiel Schallwellen Luftmoleküle brauchen, aber genau so ist es eben nicht. Elektromagnetische Wellen funktionieren ohne Medium.

Gleichstrom bedeutet, dass man die angelegte Spannung (Elektrisches Feld von außen angelegt) immer gleich lässt. Da schwingt nichts, die Elektronen machen eine statistische Bewegung und bevorzugen zwischen all den Stößen die Bewegung in Richtung des positiven Pols deines Feldes.

Die einzige Schwingung, die du meinen könntest, ist die des (dynamischen) elektromagnetischen Feldes. Grob gesagt kann man sich das elektrische Feld bei Gleichstrom als statisch vorstellen, da passiert nichts weiter; aber wenn sich ein Teilchen so schnell bewegt hat, dass eine Welle erzeugt wird (beispielsweise im Vakuum ohne Material, das hat alles nichts mehr mit Gleichstrom zu tun), dann breitet sich die Welle aus, weil das schwächer werdende elektrische Feld ein magnetisches Feld erzeugt, was wiederum ein elektrisches erzeugt und so weiter. Auf Wikipedia kannst du dir so eine Welle als Zeichnung auch anschauen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

Welterschütternd muss ich sagen . haha
Dass das nicht zum Allgemeinwissen eines jeden Bürgers gehört ist fast ein wenig bedauernswert.
Nun das bedeutet also, dass wenn ein Strom durch einen Leiter fließt die Felder der Elektronen mit jenem allgegenwärtigen E-Feld wechselwirken.
Analog also zum Higgs-Feld gibt es ein allgegenwärtiges E-Feld, dass
elektromagnetische Wechselwirkungen erklärt. Sowas....

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Also in Bezug auf den Strom, der in einem Leiter fließt, war natürlich die Spannung als Grund gemeint, warum da etwas fließt und diese Spannung kommt natürlich vom Kraftwerk. Deswegen funktioniert dein Fernseher usw.
Das ist nicht allgegenwärtig, sondern in dem Fall im Leiter mit drin.
Das ist kein universelles elektromagnetisches Feld, sondern gemeint war das im Leiter, das nach genügend Abstand als 0 betrachtet werden kann (weil es eben so schwach wird).

Es gibt aber streng genommen auch ein (schwaches) universelles, allgegenwärtiges elektromagnetisches Feld, das ist die kosmische Hintergrundstrahlung vom Urknall herrührend. Du hast also schon auch Recht.

Aber die Eigenschaft, dass das elektromagnetische Feld sich im Vakuum überallhin ausbreiten kann, bedeutet nicht, dass es auch schon überall ist.

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

ok. Kommunikationsproblem. Kein allgegenwärtiges Feld.
Zu den schwingenden Elektronen bei einem Dipol.
Wenn Elektronen hin und her schwingen wird also ein magnetisches Feld
abgestrahlt. Das wiederum erzeugt ein elektrisches Feld...etc. ...... eine transversale ebene isotrope EM-Welle schwächer werdend mit 1/Abstand Quelle
Zum Strom, ist also nur ein gerichteter Ladungsimpuls, der Elektronen wellenartig durch ein vorhandendes Elektronenwirrwarr drückt.
Das wandernde E-Feld der Elektronen mit niedriger Entropie veranlasst
weitere Elektronen in den folgenden Leiterabschnitten sich zu uniformieren
und der Impuls fließt somit gerichtet weiter ob wechselartig oder gleichartig.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Also so eine Welle ist dann nicht isotrop, sondern wandert ja bevorzugt in eine Abstrahlrichtung und sie ist auch nur in Näherung eine so einfache, gerichtete Welle (richtige abgestrahlte Felder in der Wirklichkeit können verdammt kompliziert sein und man rechnet lieber Näherungen aus).

Ansonsten ist es schon so, wie du sagst. Und wenn geladene Teilchen sich bewegen, sind meistens elektromagnetische Felder der Grund.

Und wenn man mag, kann man dem Ganzen noch einen Entropiegrad zuordnen, ja.

GaylordFocker · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 6

ja ok....das hab ich glaub ich ein bisschen durcheinander gebracht.
VIelen Dank für die ausführliche Aufklärung.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Kein Problem, schönen Abend noch smile