Kann mir jemand sagen, wie schnell der elektrische Strom im Leiter fliesst?
Vielen Dank
Kann mir jemand sagen, wie schnell der elektrische Strom im
Leiter fliesst?
Hallo!
Annähernd Lichtgeschwindigkeit. Je nach Aufbau des Leiters liegen praktische Werte um 0,9 c.
Gruß
Wolfgang
Die ANtwort hast du ja schon.
Im Unterschied dazu bewegen sich die einzelnen Ladungsträger im Leiter wesentlich langsamer:
Beispiel: Wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Kupferdraht mit einem Querschnit A = 1.5 mm2 und einem Strom I = 10 A (10 A/ mm2 gilt als Maximalwert ohne Kühlung).
-> 17 cm / h
(Aus: http://www.physik.tu-muenchen.de/~kressier/WS00/bau/…
)
Gruß
J.
Deine Frage beinhaltet zwei Antworten:
1.: Wie schnell bewegen sich die Ladungsträger selbst? Gaaaanz langsam,
2.: Wie schnell merkt einer am Ende der Leitung, daß "vorne Strom reingepumpt wird? Gaaanz schnell, fast mit Lichtgeschwindigkeit.
Du kannst Dir das vorstellen wie eine Zug mit einer Menge von locker gekoppelten Waggons. Fährt hinten eine Lok auf und beginnt zu schieben, ruckt über die Puffer, der vorderste Waggon auch sehr schnell los, aber der Zug insgesamt bewegt sich nur langsam.
Antal
Kann mir jemand sagen, wie schnell der elektrische Strom im
Leiter fliesst?Vielen Dank
Kann mir jemand sagen, wie schnell der elektrische Strom im
Leiter fliesst?Hallo!
Annähernd Lichtgeschwindigkeit. Je nach Aufbau des Leiters
liegen praktische Werte um 0,9 c.
Hi,
ein bischen langsamer ist es schon. Wenn ich mich an unsere Messungen richtig erinnere, sind es eher 0,7C.
Max
Beispiel: Wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem
Kupferdraht mit einem Querschnit A = 1.5 mm2 und einem Strom I
= 10 A (10 A/ mm2 gilt als Maximalwert ohne Kühlung).-> 17 cm / h
Hi,
die ELektronen selbst bewegen sich schon wesentlich schneller, sehr niedrig ist allerdings die Driftgeschwindigkeit.
Max
Hi,
1.: Wie schnell bewegen sich die Ladungsträger selbst? Gaaaanz
langsam,
nicht ganz. Die Elektronen selbst sind schon recht flott. Gering ist die Driftgeschwindigkeit.
2.: Wie schnell merkt einer am Ende der Leitung, daß "vorne
Strom reingepumpt wird? Gaaanz schnell, fast mit
Lichtgeschwindigkeit.
Etwa 0,7 c.
Max
Die Elektronen selbst sind schon recht flott.
Gering ist die Driftgeschwindigkeit.
Die Driftgeschwindigkeit ist doch die (mittlere) Geschwindigkeit der Elektronen.
ein bischen langsamer ist es schon. Wenn ich mich an unsere
Messungen richtig erinnere, sind es eher 0,7C.
Hallo Max,
solches Ergenis kann durchaus zustande kommen, obwohl im Idealfall das Resultat c lauten sollte. Dafür müßte man aber einen induktivitätsfreien Leiter haben, der zudem keinerlei Kapazität zur Umgebung haben darf. Das läßt sich nur unvollkommen erreichen und daher die Abweichungen.
Für hochwertige Koaxialkabel wird die Abweichung der Laufzeit von der Lichtgeschwindigkeit in den technischen Daten aufgeführt. Wer sich mit Hochfrequenztechnik beschäftigt, bemerkt die Laufzeiten als Phasenverschiebung und lernt dabei recht bald, wo nur aufgrund von Laufzeiten z. B. die als Totzeit nicht kompensierbare Grenze einer Gegenkopplung liegt, die nämlich irgendwann zur Mitkopplung wird. Da kann man dann mit dem Zentimetermaß auf der Leiterplatte feststellen, was funktionieren kann oder was niemals laufen wird. Dabei sind die Laufzeiteffekte tägliches Brot und man kommt mit geeignetem Design der Lichtgeschwindigkeit sehr nahe. Wenn das nicht reicht, muß man miniaturisieren, bis die Laufzeiten keine Rolle mehr spielen (und man sich dafür neue Probleme einhandelt).
Gruß
Wolfgang
hi,
man lernt nie aus.
Wenn ich mich richtig erinnere wurde der Versuch damals mit einem langen (um die 30m)Koax-Kabel mit einem Abschlußwiderstand zur Reflexion durchgeführt. Die Laufzeit wurde dann in einem schnellen Oszi gemessen, Daß Laufzeiten mittlerweile auch schon auf Platinen eine ROle spielen. Faszinierend! (sehe gerade alte Enterprise)
Max
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Die Elektronen selbst sind schon recht flott.
Gering ist die Driftgeschwindigkeit.Die Driftgeschwindigkeit ist doch die (mittlere)
Geschwindigkeit der Elektronen.
Hi,
die vektorielle mittlere Geschwindigkeit ist die Driftgeschwindigkeit und sie beträgt ~cm/s.
Die betragsmnäßige mittlere Geschwindigkeit ergibt sich aus der Temperatur des Elektronengases und sie beträgt bei Raumtemperatur ~10^8-10^9 m/s.
Max
hi
Die betragsmnäßige mittlere Geschwindigkeit ergibt sich aus
der Temperatur des Elektronengases und sie beträgt bei
Raumtemperatur ~10^8-10^9 m/s.
ach das meinst du… aber setzt die Verwendung des Modells des Elektronengases nicht voraus, dass die Elektronen eben nicht mit dem Atomrümpfen wechselwirken? So dass man dieses Modell für die Driftgeschwindigkeit, die ja aus STößen mit den Atomrümpfen resultieren, gar nicht verwenden darf?!
Gruß
Oliver
ist alles noch viel schlimmer
Hallo,
mittlerweile auch schon auf Platinen eine ROle spielen.
Faszinierend! (sehe gerade alte Enterprise)
nur auf Platinen? Wenn’s denn so leicht wäre.
Bei den heutigen und zukünftigen Anwendungen der Digitaltechnik
mit Schaltzeiten im Femtosekundenbereich (1fs=1Exp-15 sek) werden
sogar die Laufzeiten auf dem Chip interessant.
In einer ns legt Licht gerade mal einen Weg von ca. 0,3m zurück.
Das sind bei heutiger 0815-Standardtechnologie mit Schaltzeiten
um 1 ns also Länge von einigen cm schon interessant.
In einer ps kommt Licht also gerade mal 0,3mm und
in einer fs nur noch 0,3um weit.
Man beachte dabei, daß sich die momentanen Strukturgrößen bei
integrierten Transistoren immer noch Bereich von
0,2 bis knapp unter 0,1um bewegen.
Ganz zu schweigen von den Abmessungen eines großen Prozessor-
oder Speicherchips (mit bis zu ca.10mm).
Wenn sich da ein Signal von einer Ecke des Chips bis auf die
gegenüberliegende Seite durchdrängeln muß, vergeht schon mal
eine „lange Zeit“ von ca. 100ps. Das entspricht aber schon
der Dauer einer Halbwelle von nur 5GHz Taktfrequenz.
Ein Design, das auf solch lange Distanzen setzt, kommt da schon
an seine Grenzen.
Bei höheren Taktfrequenzen wäre eine sychrones Signalverarbeitung
über solche „lange Strecken“ schon gar nicht mehr realisierbar.
Gruß Uwi
ach das meinst du… aber setzt die Verwendung des Modells des
Elektronengases nicht voraus, dass die Elektronen eben nicht
mit dem Atomrümpfen wechselwirken?
Das spielt keine Rolle. In diesem Modell flitzen die Elektronen auch ohne Wechselwirkung mit den Atomrümpfen kreuz und quer durch die Gegend. Die mittlere Geschwindigkeit ist dadurch sehr viel geringer als der Mittelwert der jeweiligen Absolutbeträge.
Wenn man es etwas genauer nimmt, dann bewegen sich die Elektronen wie Kugeln in einem Flipperautomaten zwischen den Gitterbausteinen hin und her. Das ändert aber nicht viel am Modell.
Nimmt man es ganz genau, dann sind die Elektronen in den Molekülorbitalen des Leitungsbandes über den gesamten Kristall delokalisiert und dann macht eigentlich nur noch die Angabe der Driftgeschwindigkeit sinn.
Nimmt man es ganz genau, dann sind die Elektronen in den
Molekülorbitalen des Leitungsbandes über den gesamten Kristall
delokalisiert und dann macht eigentlich nur noch die Angabe
der Driftgeschwindigkeit sinn.
Das hab ich doch gemeint, ob man die Geschwindigkeit der Elektronen über das Modell des Elektronengases überhaupt berechnen darf.
Nebenbei: Was für eine Geschwindigkeit ist denn damit eigentlich gemeint, etwa die Fermigeschwindigkeit?