Hallo,
warum leiten Metalle den elektrischen Stom? Weil Elektronen vorne rein und hinten wieder raus befördert werden. Ok, aber wie sieht das genau auf atomarer Ebene aus?
Hallo,
warum leiten Metalle den elektrischen Stom? Weil Elektronen
vorne rein und hinten wieder raus befördert werden. Ok, aber
wie sieht das genau auf atomarer Ebene aus?
Auch Hallo,
also..... ich versuchs mal.
Dabei verzichte ich bewußt auf "höhere" Atommodelle, hier ist Bohr - ggf. etwas verfeinert auf Energienieveaus - genug.
Bei Metallen sind die Außen- bzw. Bindungselektronen nicht so fest an ein einzelnes Atom gebunden wie bei Nichtmetallen. Die Bindung ist eben weder Ionisch noch polar i.S. einer Atombindung.
Vielmehr sind die Atomkerne an Gitterplätzen angeordnet, die von den Elektronen umgeben sind. Man spricht von einem Eleltronengas, da die Elektronen leicht beweglich sind und sich recht homogen verteilen.
"Schubst" man nun ein Elektron an einem Ende eines Drahts ins Metall hinein,, so wird dieses nicht sofort durch den Draht wandern sondern das nächste Elektron anschieben ..... und so weiter ..... bis hinten "eins rausfällt". Strom ist geflossen.
Alles in allem hat sich auf atomarer Ebene kaum etwas getan, da die beteiligten Elektronen nicht einzelnen Atomen zugeordnet werden können, besser : dürfen.
Gruß
Bernd
Hört sich ja ganz logisch an. Dann weisst du auch bestimmt, wie das mit dem Magnetismus ist.
Hi!
Hui, das ist ja eine ziemlich umfassende Frage, die Du da stellst... :)
Ich versuch's mal:
Wie Du vielleicht weisst, erzeugt ein Strom, der im Kreis fliesst, ein Magnetfeld, das senkrecht zur Kreisebene des Stromes gerichtet ist. Das folgt aus den Maxwellschen Gleichungen. Elektronen besitzen nun einen Eigendrehimpuls, den sogenannten Spin. Man kann sich also grob gesagt vorstellen, dass sie sich im Kreis um sich selbst drehen und einen kleinen Kreisstrom erzeugen. Jedes Elektron ist also im Grunde ein kleiner Magnet. Der Spin kann dabei (gemaess quantenmechanischer Regeln) nur zwei Werte annehmen - +1 und-1.
Nun gibt es verschiedene Formen des Magnetismus:
1) Diamagnetismus: Diese Eigenschaft ist jedem Stoff inhaerent. Ein von aussen angelegtes Magnetfeld beeinflusst die Elektronen derart, dass sie ihren Spin dem Magnetfeld "entgegendrehen" (Lenzsche Regel), so dass diamagnetische Stoffe von Magneten immer abgestossen werden. Dieser Effekt ist allerdings so klein, dass er kaum messbar ist. Die Suszeptibilitaet chi ist daher klein (~10^(-5)) und negativ (fuer Abstossung). Maximal kann chi -1 sein - das ist der Fall in Typ-1-Supraleitern, die ein von aussen angelegtes Magnetfeld komplett aus ihrem Inneren verdraengen koennen (Meissner-Ochsenfeld-Effekt).
2) Paramagnetismus: Der Paramagnetismus ist wesentlich staerker als der Diamagnetismus und ueberdeckt daher letzteren. Allerdings kann Paramagnetismus nur dann auftreten, wenn es einzelne Elektronen im Atom gibt, deren Magnetfeld nicht von einem anderen Elektron mit entgegengesetztem Spin wieder aufgehoben wird. Das ist der Fall bei Elementen mit ungerader Elektronenzahl, oder bei speziellen Elektronenkonfigurationen einzelner weniger Elemente, wie z.B. Sauerstoff, dessen Grundzustand ein Triplettzustand ist. Die Elektronen von Metallen beispielsweise, die fuer die Stromleitung verantwortlich sind, bilden paramagnetische Systeme (Pauli-Paramagnetismus), da die inneren d- und f-Orbitale gemaess der Hundschen Regel bis zur Haelfte mit Elektronen gleichen Spins besetzt werden. Die Suszeptibilitaet chi kann dann positiv oder negativ sein, da sie vom aeusseren Feld unabhaengig ist.
3) Ferromagnetismus: Das ist der Magnetismus, der umgangsprachlich immer gemeint wird. Er ist um 7 oder 8 Groessenordnungen staerker als der Paramagnetismus und entsteht immer dann, wenn es Moeglichkeiten gibt, dass sich einzelne paramagnetische Elektronen "absprechen" und sich gemeinsam in eine bestimmte Richtung bewegen. Die einzelnen kleinen Magnetfelder koennen sich dann addieren und eine grosse, makroskopisch messbare Eigenmagnetisierung ergeben. Das ist bei den elementaren Metallen nur bei Nickel, Cobalt, Eisen (und Gadolinium glaube ich?) der Fall, weil die Kristallstruktur dieser Metalle Korrelationseffekte zwischen den Elektronen hervorruft. Allerdings ist diese Absprache nur bei hinreichender "Kaelte" moeglich. Wenn man z.B. Eisen sehr stark erhitzt (ueber 1000 K), dann werden die korrelierten Elektronen so stark "geschuettelt", dass sie ihre Korrelation verlieren.
Es gibt noch andere Arten von Magnetismus, wie den Antiferromagnetismus oder den Ferrimagnetismus, die aber etwas komplizierter zu erklaeren sind.
Ich hoffe, ich konnte Dir helfen
Ciao Christoph C><
Hallo,
warum leiten Metalle den elektrischen Stom? Weil Elektronen
vorne rein und hinten wieder raus befördert werden. Ok, aber
wie sieht das genau auf atomarer Ebene aus?
So wie oben beschrieben... Ne kleine Ergänzung noch: Das ist auch der Grund, warum sich Elektronen mit wenigen Zentimetern / Sekunde bewegen, das Licht aber sofort nach dem Einschalten da ist.
Die e stupsen sich gegenseitig. Dabei verlassen sie ihre Plätze kaum (-->cm/s), doch "merken" sie voneinander über das Coulomb-Feld (-->Lichtgeschwindigkeit)
Hi,
stell dir das so vor, dass sich um metallatome Bänder (ähnlich förderbändern) von Elektronen legen. Somit sind sie freier beweglich.
Gruß
Frank