Ich les mir gerade die Lorentzkraft auf Wikipedia durch. Da steht, dass die Lorentzkraft von der Geschwindigkeit der elektrischen Ladung abhängig ist. Nur jetzt stehe ich als DAU da, und geb bei Google "geschwindigkeit elektrische ladung" ein, und finde nichts. Wie schnell ist denn nun die elektrische Ladung? Ich bitte um Aufklärung.
"Ladung" ist ein Zustand und keine Veränderung; die kommt erst durch den Ladungsausgleich (also einen Stromfluss) -- und dabei kullern meistens Elektronen durch die Leitung. Da kommt dann Bewegung und Geschwindigkeit ins Spiel.
einzelne Elekronen sind eigentlich relativ langsam, (afaik cm/sek) jedoch schwirren sie nicht nur gerade aus, sondern im zick-zack
> Wie schnell ist denn nun die elektrische Ladung? Ich bitte um > Aufklärung. "Die elektrische Ladung" ist erstmal gar nicht allein unterwegs, die haftet immer irgendwo an, eben an den deswegen so genannten "Ladungsträgern", Elektronen zum Beispiel. > einzelne Elekronen sind eigentlich relativ langsam, (afaik cm/sek) Eine sehr pauschale Aussage für die kleinen Biester, denn Elektronen könne durchaus sehr schnell werden, wenn sie beispielsweise im Vakuum beschleunigt werden (Braunsche Röhre etc.). Im Metall/Leiter oder Halbleiter sind sie natürlich langsamer, was hauptsächlich an Stößen mit den Gitteratomen liegt und zu einer sehr niedrigen Driftgeschwindigkeit führt.
>einzelne Elekronen sind eigentlich relativ langsam, (afaik cm/sek)
Das ist die Driftgeschwindigkeit in einem Leiter.
Im Vakuum können Elektronen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt
werden.
Haha wrote: > Ich les mir gerade die Lorentzkraft auf Wikipedia durch. Wozu? Der Artikel ist sehr mathematiklastig, für den Einstieg wenig brauchbar. Die zunehmend immer weiter umsichgreifende Vermathematikalisierung der Wikipedia stört mich schon seit längerem. > Da steht, dass die Lorentzkraft von der Geschwindigkeit der elektrischen > Ladung abhängig ist. Klar, denn die Lorentzkraft ist ja eine Wirkung auf sich bewegende Ladungsträger. Stell Dir ein Elekron im Magnetfeld vor. Das Elektron sei in Ruhe. Was passiert: Nichts! Das ist auch der Grund, warum sich der Magnet (bzw. die Spule - je nach Aufbau) im Fahrraddynamo drehen muß, damit die Lampe leuchtet. Je schneller Du radelst desto heller die Birne ;-) Doch zurück zum geladenen Teilchen im Magnetfeld: Hier eine Graphik die für das Verständnis der Lorentzkraft hilfreich sein könnte: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/umwelt_technik/11fusion/gyration.gif Das bild ist von einer Seite über Plasmaphysik, daraus folgt, daß es sich bei den hier allgemein als "Ionen" dargestellten roten Teilchen um Kationen, also positiv geladene "Atomrümpfe" handelt. Sie werden im Magnetfeld abgelenkt. Die blauen (negativen) Elektronen werden in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt. Testfrage: Welches Teilchen in dieser Zeichnung hat die geringste Geschwindigkeit? > Nur jetzt stehe ich als DAU da, und geb bei Google "geschwindigkeit > elektrische ladung" ein, und finde nichts. Suboptimale Suchwörter, Kategorie: unbrauchbar. Die Ladung an sich hat ja auch keine Geschwindigkeit, das geladene Objekt jedoch kann eine haben. Mit den Suchwörtern "Geschwindigkeit" und "Ladungsträger" hättest Du vermutlich schon bessere Ergebnisse erzielt. > Wie schnell ist denn nun die elektrische Ladung? 1/0. Grundsätzlich breitet sich das elektrische Feld mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Ladungsträger folgen ihrem Vermögen nach. Beispiele: Aufgeladene Stahlkugel liegt auf Bierkiste, Geschwindigkeit der Ladungsträger (relativ zu Erde) == Null. Kupferdraht mit 1 mm^2 bei Belastung mit 1 A: v(Elektron) ~ 0,074 mm/s. Elektronenstrahl im Monitor bei 25kV Beschleunigung: knapp 100.000 km/s > Ich bitte um Aufklärung. Ich hoffe ich konnte Dir ein bisschen weiterhelfen. LG, Иван
Die freien bzw. Leitungslektronen in metallischen Leitern bewegen sich deswegen relativ langsam, weil ihre Zahl so unvorstellbar gross ist. Da hat mit den Stössen an die Metall-Atome im Kristallverbund nichts zu tun. Gruss
Nixwisser wrote: > Die freien bzw. Leitungslektronen in metallischen Leitern bewegen sich > deswegen relativ langsam, weil ihre Zahl so unvorstellbar gross ist. Na da. > Da hat mit den Stössen an die Metall-Atome im Kristallverbund nichts zu > tun. Die hauptsächliche Wechselwirkung von Elektronen im Leiter ist die an Phononen aka Gitterschwingungen (man beachte "Gitter", das Gitter besteht aus den Atomen, welche diese Gitterschwingung ausführen) und an Gitterdefekten (Achtung, auch hier "Gitter"). Die Wechselwirkung der Elektronen untereinander spielt fast keine Rolle.
Stefan Salewski wrote: >>einzelne Elekronen sind eigentlich relativ langsam, (afaik cm/sek) > > Das ist die Driftgeschwindigkeit in einem Leiter. > stimmt sry, hab ich vergessen zu erwähnen bin davon ausgegangen, dass es um Elektronen in einem Kabel geht (...warum?, eigentlcih falsch) die Geschwindigkeit der Elektronen ein einem Leiter kann man ganz einfach berechnen, hab ich vor ein paar Jahren in der Schule mal gemacht (und wieder vergessen).
>Haha wrote: >> Ich les mir gerade die Lorentzkraft auf Wikipedia durch. > >Wozu? Der Artikel ist sehr mathematiklastig, für den Einstieg wenig >brauchbar. Die zunehmend immer weiter umsichgreifende >Vermathematikalisierung der Wikipedia stört mich schon seit längerem. Die Lorentzkraft fuer bewegte Ladungen im Magnetfeld kriegt man nur mit Mathematik in den Griff. Und so schwierig ist die Lorentzkraft auch nicht. Im Wesentlichen das Kreuzprudukt mit ein paar Konstanten.
Kürzt sich die Geschwindigkeit nicht irgendwie raus, wenn man direkt mit einem Strom rechnet? (d.h. Ladung pro Zeit durch Querschnitt) F = q*(v x M) I = v*q v = I/q => F = (I x M) ...sollte bis auf ein Vorzeichen stimmen :-)
Man muss eben aufpassen, dass man die Driftgeschwindigkeit nicht mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit verwechselt. Bei einem konstaten Gleichstrom!! ist die Driftgeschwindigkeit natürlich abhängig vom Strom selbst und der Dicke der Leitung, liegt aber bei ein paar cm/sek Die Ausbreitungsgeschwindig ist folgende: Legt man an die eine Seite eines Kabels eine Spannung an und misst dann wie lange es dauert bis diese am Ende ankommt, wird das Potential etwa 20cm/ns zurücklegen (30cm/ns wäre Lichtgeschwindigkeit) hoffe ich konnte helfen
Zwatz wrote: > Die Lorentzkraft fuer bewegte Ladungen im Magnetfeld kriegt man nur mit > Mathematik in den Griff. Und so schwierig ist die Lorentzkraft auch > nicht. Im Wesentlichen das Kreuzprudukt mit ein paar Konstanten. Das ist mir schon klar. Nur schien mir ein Artikel der das Phenomän mit Kreuzprodukten und der Lagrangeschen Formulierung der Bewegung eines geladenen Teilchens beschreibt für den OP, der sich selbst als DAU bezeichnet, Ladung nicht von Ladungsträger unterscheiden konnte und vermutlich nicht den Unterschied zwischen elektrischem Strom und elektrischem Feld kennt, nicht ganz passend. Hast Du Dir auch den Rest meines Beitrags durchgelesen? Das hat dem OP vermutlich mehr weitergeholen als besagt Wikipedia-Artikel, zumindest hoffe ich so. Nur die Einleitung eines Beitrags zu quoten und Kritik nur daran aufzuhängen, den Kontext des Geschrieben sinnlos zu zerreissen kommt im Web wohl immer mehr in Mode. Nur verstehen kann ich es deshalb noch lange nicht. Der Anfänger kann Ladung nicht von geladenem Teilchen unterscheiden. Ich gebe ihm passendere Hinweise und bezeichne den Artikel als für ihn zu mathematisch. Das war der Kontext. Klar, es war auch allgemeine Wikipedia-Kritik dabei. Aber da kommt dann jemand und behauptet "Die Lorentzkraft fuer bewegte Ladungen im Magnetfeld kriegt man nur mit Mathematik in den Griff". Dabei will es der OP doch wohl gar nicht ausrechnen, es ging ihm nur um das Verständnis. Und das Prinzip kann man auch ohne Mathematik verstehen. Lies Dir mal den Sickipedia-Artikel zur Induktion durch. Da wimmelt es von langen Integral- und Differentialgleichungen. Davon hat kein Anfänger was, der sich bei Wickipedia einen Überblick über die elektromagnetische Induktion verschaffen will. Doch dazu wäre eine Enzyclopädie doch da, um sich eine Überblick zu verschaffen. Doch wer diesen Artikel in jener Absicht liest ist nachher nur noch mehr verwirrt. Für kilometerlange Gleichungen gibts elektrotechnische Fachbücher wie Johnson, gehrtsen, etc. Im Usenet gibts wenigstens funktionierendes Threading. Gruß, Iwan
Angehängte Dateien:
-
zeh_null.png
605 Bytes
Hallo Kai, Kai Franke wrote: > Bei einem konstaten Gleichstrom!! ist die Driftgeschwindigkeit natürlich > abhängig vom Strom selbst und der Dicke der Leitung Und natürlich vom Material des Leiters, nicht zu vergessen. > Legt man an die eine Seite eines Kabels eine Spannung an und misst dann > wie lange es dauert bis diese am Ende ankommt, wird das Potential etwa > 20cm/ns zurücklegen (30cm/ns wäre Lichtgeschwindigkeit) Das kann ich so nicht stehenlassen. Auch innerhalb des Kupferleiters breitet sich das elekrische Feld mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Lichtgeschwindigkeit in Kupfer ist eine Andere als jene im Vakuum. Es gilt die Formel im angehängten Bild. > hoffe ich konnte helfen Klar, du hast die Diskussion bereichert. Schoenen Tag noch wuenscht Iwan
@ivan Zunächst: Statt PNG-Bildchen für Formeln besser LaTeX-Mode verwenden. Kai schrieb: >(30cm/ns wäre Lichtgeschwindigkeit) Er meinte Vakuumlichtgeschwindigkeit -- das war eigentlich recht offensichtlich. ivan schrieb: >Lichtgeschwindigkeit in Kupfer ist eine Andere als jene im Vakuum. Mit dieser Formulierung bin ich nicht wirklich glücklich. Tatsächlich wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals durch das das Kupfer umgebende Dielektrikum (Nichtleiter) bestimmt, und der Energietransport findet ja auch nicht im Leiter, sondern im Dielektrikum statt.
Hä ? Im Kabel ( Freileitung in Luft ist etwas anderes ! ) ist doch ein Dielektrikum enthalten, also gilt dort: epsilon = epsilon(0) mal epsilon(r), mit epsilon(r) > 1. Also ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals immer kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, im Koax-Kabel mit Voll-Dielektrikum z.B. nur ca. 2 Drittel. ???
Leider bin ich noch kein bischen schlauer geworden. Handelt es sich bei der Geschwindigkeit um eine Konstante? Oder kann ich die Geschwindigkeit verdoppeln indem ich den Drahtquerschnitt halbiere?
> Die Lichtgeschwindigkeit in Kupfer ist eine Andere als jene im Vakuum. na das sollten wie Einstein besser nicht erzählen :D einigen wir uns auf "Ausbreitungsgeschwindigkeit" > Oder kann ich die Geschwindigkeit verdoppeln indem ich den > Drahtquerschnitt halbiere? ich weiß immernoch nicht von welcher Geschwindigkeit du redest Die 20cm/sek kannst du nicht wirklich ändern. Die Driftgeschwindigkeit wird durch ein dickeres Kabel bei gleichem Strom eher langsamer, da jetzt mehr Ladungsträger vorhanden sind, die sichn bewegen können. Rein rechnerisch würde sich bei doppelter Dicke eine geviertelte Driftgeschwindigkeit ergeben, ich bin mir aber nicht sicher ob das stimmt, da sich gleiche Ladungen abstoßen und sich die Ladungsträger daher wohl nur an der Außenseite des Kabels bewegen. Wenn man davon ausgeht würde sich die Driftgeschwindigkeit halbieren, aber wie gesagt... da bin ich mir absolut nicht sicher Gruß Kai
Hallo Kai, ich rede von der Geschwindigkeit, die in Wikipedia bezüglich der Lorentzkraft erwähnt wird. Ich habe keinerlei Vorstellung was mit dieser Geschwindikeit genau gemeint ist. Entweder ist das eine Konstante (dann wäre ich froh, erklärt zu bekommen, woher diese Konstante kommt) oder es ist eine Variable (dann würde ich gerne wissen, wie ich den Wert dieser Variable beinflussen kann).
Lies mal diesen Artikel--> http://de.wikipedia.org/wiki/Driftgeschwindigkeit <Zitat von der genannten Seite> In einem metallischen Leiter bewegen sich Leitungselektronen ohne Einwirkung von außen mit Geschwindigkeiten von ca. 105 m/s . Diese Bewegung ist eine ungerichtete thermische Bewegung, die im Mittel keinen Strom bewirkt. Wirkt auf diese Leitungselektronen ein elektrisches Feld, beispielsweise hervorgerufen durch eine von außen angelegte Spannung, werden die thermischen Bewegungen durch die Driftgeschwindigkeit überlagert. Diese liegt meist im Bereich von 10-4 m/s und ist damit vergleichsweise klein. </Zitat Ende> Und bevor hier noch einer auf dumme Ideen kommt: Elektronen können KEINE Lichtgeschwindigkeit erreichen! Der Grund ist einfach, weil sie eine Ruhemasse besitzen. Weiteres siehe Wikipedia.
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