Elektronenfluss: Geschwindigkeit?

Hallo, als elektrotechnischer Laie mit begrenztem physikalischem Grundwissen frage ich: - In welchem Geschwindigkeitsbereich liegt die Bewegungsgeschwindigkeit der leitenden Elektronen in verschiedenen metallischen und anderen Leitern? (Ich meine nicht die Geschwindigkeit, mit der sich ein Spannunggefälle etabliert. IIRC findet dies mit Lichtgeschwindigkeit statt? ... ähm, wobei der kapazitative Effekt eines jeden Leiters hier noch verlangsamend wirkt. Ich frage nach der Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen selbst, bzw. der Geschwindigkeitskomponente in Längsrichtung des Leiters).

- Ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen proportional zur anliegenden Spannung? - Ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen umgekehrt proportional zum Leitungswiderstand?

- Ist die Erwärmung und Lichtemission bei Stromfluß durch z.B. Wolframdraht in z.B. einer Glühbirne die Folge von Zusammenstößen der freien Elektronen mit Atomkernen/anderen Elektronen? Oder ist der Mechanismus ein ganz anderer?

Dank und Gruss, Fridtjof

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Fridtjof Caspar
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Sehr wenig.

*kram* hoffe, die nachfolgende Formel stimmt:

v= I /(Q * e * r^2 * pi * L)

v...Geschwindigkeit in m/s I...Strom in Ampere Q...Anzahl freier Elektronen, 8.5E26/m^3 fuer Kupfer e...Ladung eines Elektrons 1.6E-19 As r...Leiterradius in m L...Leiterlaenge in m

Fuer einen 1m langen Kupferdraht, 1m Laenge, 1mm Durchmesser, Kupfer gibt das 10mm/s (ja, Millimeter).

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Bernhard Roessmann
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Bernhard Roessmann

Hallo Caspar,

"Fridtjof Caspar" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@ID-78121.user.dfncis.de...

In Metallen, wo die Ladungsträgerdichte ja sehr hoch ist, liegt die Geschwindigkeit im Bereich von m/h. In Halbleiter, wo die Ladungsträgerkonzentration stark von der Dotierung abhängt, kann diese auch wesentlich höher sein (m/s).

Die Formel, nach der Du dies berechnest, findest Du im Beitrag von Bernhard.

Die Geschwindigkeit selbst hat wenig mit dem Widerstand zu tun. Dieser hängt schließlich auch noch von der Ladungsträger-Beweglichkeit ab.

Falls Du ein wenig genauer über die Bewegung der Elektronen in Materie Bescheid wissen willst:

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cu Daniel

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Daniel Glaser

So, grmbl, Q ist falsch, es sind 8,5E28/m^3 Und in den PC-Taschenrechner eintippen ist auch keine Freude, da habe ich mich zusaetzlich noch vertippt. Fuer v kommt etwa 0.1mm/s heraus.

MfG,

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Bernhard Roessmann
Don't Fear The Penguins!
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Bernhard Roessmann

Bei Metallen maximal etwa 0,075 cm/s.

Ja. Es gilt

v = µ * E

wobei µ die Beweglichkeit ist. Kupfer hat z.B. 0,0045 m^2/Vs, Silizium

0,39 m^2/Vs.

Ja. Die Beweglichkeit ist über e (Elementarladung) und n (Elektronendichte) proportional zur spezifischen Volumenleitfähigkeit und damit reziprok zum Widerstand.

Viele Grüße Steffen

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Steffen Buehler

Jetzt weiß ich auch, warum ich noch nie ein Elektron fließen hab sehen

- die sind einfach zu langsam, als dass man sehen könnte, wie sie sich bewegen ;-)

(scnr, duck und weg)

mfG Ottmar

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Ottmar Ohlemacher

Hi!

Wieso fließen die Elektronen bei gleichem Strom und Querschnitt im kurzen Draht schneller?

Gruß, Michael.

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Michael Eggert

Das frage ich mich auch; vielleicht weil die Drahtlänge in dessen Widerstand(?) eingeht?

Vielen Dank für die vielen Antworten zu meiner ersten Frage. Wie sieht es mit den folgenden Fragen aus?; insbesondere ob die Drahterwärmung/Lichtemission in z.B. Glühbirnendraht eine Folge von Zusammenstößen zwischen fließenden Elektronen im Leiter und dessen Atomkernen/Elektronen ist?

Gruss, Fridtjof

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Fridtjof Caspar

Bernhard Roessmann schrieb:

it

Ist definitiv falsch, erst schon mal vom logischen. Warum sollte die=20 Leiterl=E4nge einen Einfluss haben? In der Hydraulik gilt A1 * v1 =3D A2 * v2, was ist hier anders, dass die =DCbertragung des=20 Prinzips verhindert?

Wenn man sich die Einheiten vor Augen h=E4lt kann es auch nicht stimmen

m/s !=3D A/(As * m^-3 * m^2 * m)

Hier k=FCrzen sich alle m weg. Ohne die L=E4nge kommt es hin.

Tom

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Thomas Reinemann

Glaub ich nicht. In Einheiten:

A/(As * As * m^2 * m) = 1/(A * s^2 * m^3)

... da wirst Du keine Geschwindigkeit rausbekommen. Außerdem ist weder I noch Q hier definiert.

Das stimmt wiederum, siehe mein Posting.

Sie tun es nicht, seid beruhigt.

Die Frage gehört zwar eher in dsp, aber wenn ich

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richtig gelesen habe, ist die Beweglichkeit µ, die ich gestern erwähnt habe, genau die Größe, die sagt, wie lange ein Elektron fließen kann:

µ = (e*tau)/(2*m)

mit e Elementarladung m Elektronenmasse tau Freiflugzeit (mittlere Zeit, bis ein Elektron ans Gitter stößt und durch die Wechselwirkung zu Licht oder Wärme wird)

Viele Grüße Steffen

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Steffen Buehler

So, nunmehr die richtige Formel fuer die Elektronengeschwindigkeit:

v = I / (N * e * A)

v...Geschwindigkeit, [v]= m/s I...Strom, [I]= A N...Anzahl freier Elektronen, [N]= 1/m^3 A...Durchstroemte Flaeche, [A]=m^2 e...Elementarladung eines Elektrons, e=1.6E-19 As

Beispiel: Kupferleiter (N=8.5E28 1/m^3), Kreisquerschnitt mit 1mm Durchmesser, Strom 1A:

v = I / (N * e * d^2*Pi/4) = = 1 / (8.5E28 * 1.6E-19 * 1E-3^2*Pi/4) = 9.6E-5 m/s

Das waeren also etwa 0.1 mm/s, nicht gerade viel.

MfG,

--
Bernhard Roessmann
Don't Fear The Penguins!
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Bernhard Roessmann

Q ist nicht die Ladung, sondern die Anzahl der freien Elektronen pro Kubikmeter, vielleicht ist Bezeichnung etwas schlecht gewaehlt. Die Laenge hat aber keinen Einfluss, das ist richtig. Da ich aber bei der Rechnung 1m angenommen habe, kommt wenigstens der richtige Zahlenwert raus ;-)

Habe die Formel nochmal sauber aufgeschrieben als Antwort auf den Initiator des Threads.

LG,

--
Bernhard Roessmann
Don't Fear The Penguins!
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Bernhard Roessmann

Der OP hat gesagt, daß er Q als Raumladungsdichte nimmt (sehr eigenwillig). Dann ist Q*L die Flächenladungsdichte. Wenn wir dann noch das überflüssige e rausstreichen (oder vielleicht sollte Q die _Zahl_ der Ladungsträger pro Volumen sein? Noch eigenwilliger), dann kommen wir schon näher hin.

--
David Kastrup, Kriemhildstr. 15, 44793 Bochum
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David Kastrup

Fridtjof Caspar schrieb: > Ich frage nach der Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen > selbst, bzw. der Geschwindigkeitskomponente in Längsrichtung > des Leiters).

Die Bewegung eines einzelnen Elektrons ist eine Sache. Die Driftgeschwindigkeit aller Elektronen (von dieser ist in den anderen Postings die Rede) ist eine andere Sache.

Faustregeln: - kinetische Energie eines Elektrons: 1/2 m v**2 - Bindungsenergie eines Elektrons : ein paar eV - Masse eines Elektrons : 0.5 MeV/c**2

Also: Geschwindigkeit eines Elektrons grob Promille bis Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Aber der Punkt ist: durch die angelegte Spannung wird ein Elektron beschleunigt, es wird also schneller.

Die Lichtemission wird nur sekundaer durch die Waerme erzeugt.

mit Gruss, Joachim Riehn

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Spamschutz! Email-Adresse(J.Riehn):      jriehn  *at*  gmx.de
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Joachim Riehn

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