Trägheit der Elektronen

[Paul H. (powl)]

Hi,

ich habe gelernt, dass Induktivitäten einen Stromfluss aufrecht erhalten 
wollen indem sie bei Veränderung des selbigen eine Induktionsspannung 
aufbauen um ihn weiterfließen zu lassen. Dies basiert auf Elektrischen 
und magnetischen Feldern.

Wie sieht es allerdings mit der Trägheit von Elektronen aus? Wenn da zig 
Millionen Elektronen im Leiter in Bewegung sind und man unterbricht den 
Stromfluss schlagartig, was passiert mit der Bewegungsenergie der 
Elektronen? Die haben ja auch ne Masse. Staut sich dann am Ende des 
Kabels kurzzeitig ein Ladungsüberschuss an weil die ganzen Elektronen 
sich da noch hindrängeln bis sie schlussendlich alle zum Stillstand 
kommen? Oder ist dieser Effekt so klein, dass er in der Praxis noch nie 
beachtet werden musste? Oder tritt er erst garnicht auf.

lg Powl

[Muraer (Gast)]

Die Elektronen bewegen sich bei den "im Haushalt" anzutreffenden Strömen 
in Bereichen von ein paar mm/s... Zusammen mit der enorm kleinen Masse 
der Elektronen geht deren durchschnittliche kinetische Energie gegen 
0...

[Stefan H. (Firma: dm2sh) (stefan_helmert)]

Hallo,

diese Trägheit sollte sich in gleicher Weise äußern wie die 
Selbstinduktion. D. h. also, man kann messtechnisch nicht unterscheiden, 
ob die auftretende Induktionsspannung eine echte Induktionsspannung oder 
die Trägheit ist. Der Trägheitseffekt ist außerdem sehr kleinen 
gegenüber der Induktion, denn Elektronen haben eine sehr geringe Masse 
und bewegen sich auch bei hohen Strömen sehr langsam. Dazu gibt es 
irgendwo exemplarische Rechnungen. Auf den Öffentlichen hoch belasteten 
Stromleitungen sind es nur wenige mm Amplitude (50 Hz).

[Paul H. (powl)]

dass die elektronen nicht sonderlich flott fließen weiß ich, also müsste 
dieser effekt zwar ganz theoretisch auftreten aber zu vernachlässigen 
sein.

[Johann L. (gjlayde)]

Paul Hamacher schrob:
> Wie sieht es allerdings mit der Trägheit von Elektronen aus? Wenn da zig
> Millionen Elektronen im Leiter in Bewegung sind und man unterbricht den
> Stromfluss schlagartig, was passiert mit der Bewegungsenergie der
> Elektronen? Die haben ja auch ne Masse. Staut sich dann am Ende des
> Kabels kurzzeitig ein Ladungsüberschuss an weil die ganzen Elektronen
> sich da noch hindrängeln bis sie schlussendlich alle zum Stillstand
> kommen?

Was die Masse angeht gibt es sogar ein Experiment (Name vergessen): Ein 
Stab wird abrupt abgebremst; an den Enden entsteht eine 
Spannungsdifferenz.

Gleiches geht auf mit Rotation: aussen ist ein anderes Potential als 
innen.

[Muraer (Gast)]

http://home.arcor.de/d.mietke/grundlg/e_geschw.html

[Stefan C. (jaecko)]

Johann L. wrote:

> Gleiches geht auf mit Rotation: aussen ist ein anderes Potential als
> innen.

Gibts da nicht auch so ne Art Motor, in dem Strom von der Rotationsachse 
zum Umfang (bzw. andersrum) geschickt wird und sich der dann dreht?
Irgendwo hab ich mal ein Bild davon gesehen...

[Tipgeber (Gast)]

So einen Motor bzw. Generator gibt es, der funktioniert jedoch mit einem 
Magnetfeld ( Lorentzkraft ).

[Morin (Gast)]

> Wie sieht es allerdings mit der Trägheit von Elektronen aus?

Folgendes ist mein Kenntnisstand:

Trägheit basiert auf der (trägen) Masse. Elektronen bestehen nur aus 
einem elektrischen Feld; ihre (Ruhe-)Masse ist das Äquivalent zur 
Energie dieses Feldes (E=mc^2). Trägheit der Elektronen ist also die 
Trägheit eines bewegten elektrischen Feldes.

Das magnetische Feld entsteht aus bewegten Ladungen, also wiederum 
bewegten elektrischen Feldern. Man kann sogar zeigen, dass das 
"sichtbare" Magnetfeld letztlich ein Zusammenspiel von bewegter Ladung 
und der aus der Bewegung entstehenden Raum- und Zeitverzerrung ist, also 
kein vom elektrischen Feld trennbarer Effekt (-> Maxwell-Gleichungen, 
spezielle Relativitätstheorie).

Fazit: Die Trägheit von Elektronen und die "Selbsterhaltung" des el. 
Stromes durch Selbstinduktion sind ein und derselbe Effekt.

> dass die elektronen nicht sonderlich flott fließen weiß ich, also müsste
> dieser effekt zwar ganz theoretisch auftreten aber zu vernachlässigen
> sein.

Das Magnetfeld bzw. die Trägheit eines einzelnen Elektrons ist für 
sich genommen zu vernachlässigen. Die große Zahl macht's.

[Tipgeber (Gast)]

"Das magnetische Feld entsteht aus bewegten Ladungen, also wiederum
bewegten elektrischen Feldern."

Es ergibt sich aber ein EXAKT gleiches magnetisches Feld und damit 
Induktivität, egal ob ein Leiter mit vielen Ladungsträgern/Volumen mit 
z.B. 1A bestromt wird, wie wenn ein Halbleiter mit viel weniger freien 
Ladungsträgern vorhanden ist.

Die ( mittlere ) Elektronengeschwindigkeit ist entsprechend krass 
verschieden, demnach auch die kinetische Energie 1/2 m v² des einzelnen 
Ladungsträger.

Wegen v² ist daher die Summe der kinetischen Energien aller bewegten 
Ladungsträger im betrachteten Leiterabschnitt im Halbleiter bzw.
"dünnen" Leiter größer als im dicken metallischen Leiter.

=> So geht's nicht.


"Elektronen bestehen nur aus
einem elektrischen Feld; ihre (Ruhe-)Masse ist das Äquivalent zur
Energie dieses Feldes (E=mc^2)."

Elektronen kann man sehr wohl als Korpuskeln ( =Teilchen ) betrachten.
Beispiel: Aufprall hochbeschleunigter Elektronen auf Anode der 
Röntgenröhre, diese muß gekühlt werden; auch wenn die Elektronen 
relativistisch noch nicht viel schwerer, als in Ruhe sind, Spannung z.B. 
100 kV.

[N. R. (n_r)]

>
> Was die Masse angeht gibt es sogar ein Experiment (Name vergessen): Ein
> Stab wird abrupt abgebremst; an den Enden entsteht eine
> Spannungsdifferenz.
>
> Gleiches geht auf mit Rotation: aussen ist ein anderes Potential als
> innen.

Stewart-Tolman Effekt

[J. A. (gajk)]

N. R. schrieb:
>>
>> Was die Masse angeht gibt es sogar ein Experiment (Name vergessen): Ein
>> Stab wird abrupt abgebremst; an den Enden entsteht eine
>> Spannungsdifferenz.
>>
>> Gleiches geht auf mit Rotation: aussen ist ein anderes Potential als
>> innen.
>
> Stewart-Tolman Effekt

Da könnte sich ein Hubschrauber den Strom für seinen elektrischen 
Antrieb gleich selber herstellen.

[U. B. (Gast)]

> Da könnte sich ein Hubschrauber den Strom für seinen elektrischen
> Antrieb gleich selber herstellen.

Leider funktioniert ein Perpetuum Mobile bei einem Hubschrauber auch 
nicht.