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Nachricht |
pm
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 3
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 pm Verfasst am: 03. Jul 2015 11:19 Titel: Impulserhaltung der Elektronen nach Abschalten der Spannung |
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Meine Frage:
Der Strom in einem Leiter bricht nach Abschalten der Spannung nahezu sofort zusammen. Wie kommt das?
Meine Ideen:
Die Elektronen haben solange Spannung anliegt einen Impuls, der allerdings durch Interaktion der Elektronen mit dem Gefüge übertragen wird, sobald die Spannung unterbrochen wird, wodurch auch der Strom zusammenbricht. |
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E=mc²
Anmeldungsdatum: 24.06.2014
Beiträge: 494
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| E=mc² Verfasst am: 03. Jul 2015 12:52 Titel: |
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Wie du den Stromkreis damit unterbrichst. Dort wo er unterbrochen ist, gilt I=0 und I muss im gesamten Stromkreis konstant sein (wenn es keine Abzweigungen gibt). |
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Khaleb
Anmeldungsdatum: 01.05.2015
Beiträge: 64
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| Khaleb Verfasst am: 05. Jul 2015 13:28 Titel: Das geht sehr schnell |
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Hallo,
Laut meinen alten halbleitervorlesungsskripten verlieren die elektronen im halbleiter ihren (mittleren drift-)impuls durch wechselwirkung mit statischen und dynamischen gitterfehlern innerhalb von 0,1 bis 1 ps (  ).
in metallen wird das ähnlich sein, der impuls ist also ziemlich schnell weg sobald das E feld weg ist, und dessen änderungen breiten sich ja mit lichtgeschwindigkeit aus, also 30cm/ns.
Lg |
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pm
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 3
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| pm Verfasst am: 06. Jul 2015 08:33 Titel: |
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Vielen Dank, das hilft schon mal. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3404
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| ML Verfasst am: 06. Jul 2015 12:37 Titel: Re: Impulserhaltung der Elektronen nach Abschalten der Spann |
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Hallo,
| pm hat Folgendes geschrieben: |
Meine Ideen:
Die Elektronen haben solange Spannung anliegt einen Impuls, der allerdings durch Interaktion der Elektronen mit dem Gefüge übertragen wird, sobald die Spannung unterbrochen wird, wodurch auch der Strom zusammenbricht. |
Wir sprechen sicher über den Impuls, den die Elektronen bei Stromfluss (nicht: beim Anliegen einer Spannung) haben.
Zunächst: Die Elektronengeschwindigkeit, beispielsweise in einem Kupferkabel, ist verschwindend gering. Sie hängt von der Stromstärke ab, ist aber bei üblicher Strombelastung in der Größenordnung 100µm/s angesiedelt.
Hier ist eine Rechnung dazu*:
http://www.spektrum.de/quiz/wie-lange-braucht-ein-elektron-bei-gleichstrom-ungefaehr-um-vom-lichtschalter-zur-deckenlampe-zu-gel/615458
Wenn Du einen Stromkreis unterbrichst, lädt sich zunächst eine parasitäre Kapazität (z. B. der "Kondensator" bestehend aus dem Draht vor dem Schalter gegenüber der Leitung hinter dem Schalter) auf. Diese entlädt sich anschließend bei umgekehrter Stromrichtung wieder und lädt die parasitäre Spule (das ist Dein im Kreis gewickelter Draht) auf. Durch den Stromfluss lädt sich die parasitäre Kapazität mit anderem Vorzeichen auf usw.
Nach dem Ausschalten des Stromkreises speist Du also letztlich im einfachsten Fall einen gedämpften elektrischen Schwingkreis, der die Feldenergie teilweise in den Raum abstrahlt und teilweise über die ohmschen Verluste in Wärme umwandelt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis
Aufgrund der geringen Kapazitäten und Induktivitäten ist die Resonanzfrequenz hoch. Den Impuls der Elektronen müsste m. E. der Leiter aufnehmen, ggf. auch das abgestrahlte elektromagnetische Feld -- das habe ich mir noch nie so genau überlegt.
Viele Grüße
Michael
* Was mir an dem Beitrag nicht gefällt ist, dass dort so getan wird, als würden die Elektronen sich (wie in einem Wasserschlauch) gegenseitig anstoßen und so gegenseitig durch das Kabel drücken. Ich finde das ein wenig fragwürdig, da m. E. alle energetisch interessanten Vorgänge außerhalb des Kabels stattfinden. Denn die kinetische Energie der Elektronen ist nicht das, was bei der elektrischen Energieübertragung von A nach B transportiert wird. Die Energie wird vielmehr im Dielektrikum zwischen beiden Drähten übertragen (im Nichtleiter!). Die Drähte dienen einzig dazu, die elektromagnetische Welle an den gewünschten Ort zu lenken. |
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pm
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 3
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| pm Verfasst am: 07. Jul 2015 14:03 Titel: |
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Vielen Dank für die Antworten.
Zum Schwingkreis:
Geht man nicht von dem klassischen Quelle-Verbraucher-Stromkreis aus, sondern bspw. von einer geschlossenen Leiterschleife, in der im Magnetfeld eine Spannung induziert wird, gibt es weder Kapazität, noch Induktivität, die eine Schwingung erzeugen könnten. Das Problem bzw. die obige Frage bleiben bestehen.
Zur geringen Elektronen-Geschwindigkeit:
Das leuchtet ein. Die Geschwindigkeit (und damit der Impuls) der Elektronen ist gering, wodurch der Impuls schnell an Gitterfehlern, Phononen, etc. verloren geht.
Gruß
pm |
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Khaleb
Anmeldungsdatum: 01.05.2015
Beiträge: 64
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| Khaleb Verfasst am: 07. Jul 2015 17:03 Titel: Die geschwindigkeit der elektronen ist nicht gering |
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Die elektronen haben aufgrund der raumtemperatur des halbleiters eine thermische geschwindigkeit in der grössenordnung von  nur is das eine ungerichtete geschwindigkeit, wo das eine elektron sich nach links bewegt und 2 andere dafür mit der halben geschwindigkeit nach rechts. Also ist die mittlere geschwindigkeit 0. Bei stromfluss ist nur die mittlere geschwindigkeit der elektronen im metall im bereich von  |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3404
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| ML Verfasst am: 07. Jul 2015 18:20 Titel: |
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Hallo,
| pm hat Folgendes geschrieben: |
Zum Schwingkreis:
Geht man nicht von dem klassischen Quelle-Verbraucher-Stromkreis aus, sondern bspw. von einer geschlossenen Leiterschleife, in der im Magnetfeld eine Spannung induziert wird, gibt es weder Kapazität, noch Induktivität, die eine Schwingung erzeugen könnten. Das Problem bzw. die obige Frage bleiben bestehen.
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das magst Du so sehen.
Aber jeder mm Draht wirkt als Induktivität, und überall, wo sich leitende Flächen gegenüberstehen (z. B. Hinleiter- und Rückleiter oder auch Hinleiter an der aktuellen Position gegen Hinleiter eine halbe Wellenlänge weiter) hat man so etwas wie eine Kapazität. Bei so grundlegenden Fragen wie Deiner sollte man das nicht außer acht lassen.
Wo kann der Impuls hingehen:
a) ins Feld (der Impulsdichtevektor heißt Poyntingvektor) und
b) ins Material
Viele Grüße
Michael |
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