Warum emittiert Leiter kein Elektromagnetfeld?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,
in einem Leiter bei Raumtemperatur bewegen sich die Elektronen ja mit ca. 10^6 m/s und stoßen dabei gegen die Atomrümpfe, werden also beschleunigt.

Beschleunigte Ladungen erzeugen ein elektromagnetisches (em) Feld.

Warum emittiert nun aber ein Leiter, außer der IR-Strahlung durch seine Temperatur, kein weiteres em Feld, welches der Beschleunigung der jeweiligen Elektronen entspricht?

Wie kommt man jetzt da raus?
Darf man argumentieren, dass sich die einzelnen Felder gegenseitig so überlagern, dass sie sich aufheben, weil ja netto keine Ladung beschleunigt wird.
Aber die Schwingung in dem Atomgitter ist ja auch zufällig verteilt und makroskopisch schwingt ja auch nichts, also dürfte ja auch keine IR-Strahlung nach dieser Argumentation da sein.

Oder liegen diese emittierten Felder zufälligerweise genau im IR-Bereich?
Sodass man nicht nur die Atomrümpfe schwingen lässt, sondern eben den Leitungselektronen auch eine Schwingung zuordnet?

Weiß jemand was genaues dazu?

#2

Moin,Moin

Beschleunigte Ladungen erzeugen ein elektromagnetisches (em) Feld.

Kleine Anmerkung: Es sind elektromagnetische Wellen(Strahlung). Es gibt entwerder ein elektrisches Feld oder ein magnetisches Feld. In einer Welle sind diese miteinander verschränkt.

Wie kommt man jetzt da raus?

Das Modell mit Elektronengas und Atomrümpfen bricht hier zusammen und kann nicht angewendet werden.
Quantenmechanisch befinden sich die Elektronen in Bändern (Energieniveau). Das Absinken und Aufsteigen in diesem Band entspricht der Energie im IR-Bereich und drunter. Das gleiche gilt für die Gitterschwingungen, die jedoch diskret sind. Das ist nur eine grobe
Ausführung.

#3

elektrischer Widerstand mit dem Bändermodell?
Hallo,
wenn man nun das Bändermodell zu Grunde legt und mal davon absieht, dass die Elektronen sich wie kleine Kügelchen dort bewegen, wie kann man dann den Elektrischen Widerstand erklären?

Hier darf man doch dann schon argumentieren, dass die Elektronen sich mit der Driftgeschwindigkeit bewegen.
Sie werden jetzt aber irgendwie gebremst, sodass sie Energie verlieren, was man dann als elektrischen Widerstand bezeichnet.
Dieses Bremsen wäre ja dann auch eine Beschleunigung, aber die Driftgeschwindigkeit ist ja so langsam, dass die auftretenden Beschleunigungen vernachlässigbar sind, was das Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle angeht?

#4

wenn man nun das Bändermodell zu Grunde legt und wie kann man dann den Elektrischen Widerstand erklären?

Da muss ich auf die schnelle passen.

…Beschleunigungen vernachlässigbar sind, was das Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle angeht?

Emission und Absorbtion von EM-Wellen sind auf Teilchenebene nur quantenmechanisch erklärbar. Mit allem anderen wirst du zu schnell Schiffbruch erleiden.
Wichtig: Kenne immer die Gültigkeitsgrenzen eines Modells!

#5

Sind in dem Leitungsband doch Potenzialberge drin, sodass sich bei einer Driftgeschwindigkeit das Elektron doch „stoßen“ kann und dabei Energie verliert?
Also das heißt, dass das Leitungsband ganz ohne Potenzialänderung ist, so wie es oft dargestellt wird, idealisiert ist und auch die Elektronen im Leitungsband unterschiedliche Energiestufen hat, wenn auch die Differenz sehr klein ist zwischen den Einzelnen Stufen im Leitungsband.

Spricht gegen so eine Idee irgendeine fundamentale Grundlage des Bändermodells?

#6

Also das heißt, dass das Leitungsband ganz ohne Potenzialänderung …

Dann wäre es eine Linie = Molekül/Atom-Orbital.

idealisiert ist und auch die Elektronen im Leitungsband unterschiedliche Energiestufen hat, wenn auch die Differenz sehr klein ist zwischen den Einzelnen Stufen im Leitungsband.

Deshalb ist es ein Band.

Sind in dem Leitungsband doch Potenzialberge drin, sodass sich bei einer Driftgeschwindigkeit das Elektron doch „stoßen“ kann.

Das Leitungsband hat in der übliche einfachen Darstellung keine räumliche Ausdehnung und beschreibt nur die möglichen Energieniveaus in einem unendlich großen perfekten Einkristall (auch Metalle haben ein Kristallgitter) mit vielen weiteren Näherungen. Und hier siehst du auch schon die Grenzen des Modells. In dieser Betrachtung gibt es (bin mir da nicht ganz sicher) keinen elektrischen Widerstand.

Ausblick:
Einer der nächsten Verfeinerungen im Bändermodell berücksichtigt die Gitterstruktur, womit die Bänder abhängig von der kristallograpischen Richtung sind, da die Atomrümpfe die Wellenfunktion vorgeben. Es gibt „Spaghetti-Diagramme“. So wurden sie vom Prof. genannt, was zeigt dass es spätestens hier richtig hart wird. Hier sind die ersten „Berge“ drin.
Gitterdefekte und Kristallgrenzen, die für den elektrischen Widerstand wichtig sind, sind jetzt noch nicht dabei.

#7

Ausblick:
Einer der nächsten Verfeinerungen im Bändermodell
berücksichtigt die Gitterstruktur, womit die Bänder abhängig
von der kristallograpischen Richtung sind, da die Atomrümpfe
die Wellenfunktion vorgeben. Es gibt „Spaghetti-Diagramme“. So
wurden sie vom Prof. genannt, was zeigt dass es spätestens
hier richtig hart wird. Hier sind die ersten „Berge“ drin.
Gitterdefekte und Kristallgrenzen, die für den elektrischen
Widerstand wichtig sind, sind jetzt noch nicht dabei.

Das heißt, wenn man nicht zu viele Näherungen macht, dann kann man auch je nach Genauigkeit, aus der Gitterstruktur des Materials, mit dem Bändermodell einen elektrischen Widerstand vorhersagen, wie es auch mit dem Drude-Modell gemacht wird, wo man dann auf Beweglichkeit der Elektronen und Leitfähigkeit etc. kommt?

#8

Das heißt, wenn man nicht zu viele Näherungen macht, dann kann
man auch je nach Genauigkeit, aus der Gitterstruktur des
Materials, mit dem Bändermodell einen elektrischen Widerstand
vorhersagen,

Ja, aber ich weiß nicht wie groß der Fehler sein wird und es von der Rechnerzeit sinnvoll ist. Vorallem für die Korngrenzen sind viele Näherungen nötig. Für die Leitfähigkeit in Metallen wird das Modell nicht sinnvoll sein.
Tip: http://de.wikipedia.org/wiki/Bandstruktur und der deutschsprachige Link