Ich weiß, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Strom in einem Leiter
etwa bei 0,7-0,9-fachen der Lichtgeschwindigkeit c liegt. Aber woher
weiß ich das?
Die Driftgeschwindigkeit beträgt ca. 0,1mm/s Das kann man ausrechnen (z.
B.
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_2/teilchenfeld/geschwelektronen.htm).
Ich will aber wissen, wie schnell ein Signal übertragen wird. Irgendwie
finde ich dazu keine belastbaren Aussagen. Nach Maxwell breitet sich
eine elektromagnetische Welle im Vakuum mit c aus. Aber wie sieht das in
einem (Kupfer-) Leiter aus?
Ich will keine komplexe Formel, sondern vielleicht einfach nur mal den
entsprechenden Fachbegriff oder Wikipedia Artikel und eine konkrete
Zahl. Bei Wikipedia komme ich nur von Ausbreitungsgeschwindigkeit zu
Wellengeschwindigkeit zu Signalgeschwindigkeit zu Phasengeschwindigkeit
https://de.wikipedia.org/wiki/Phasengeschwindigkeit Und da endet es dann
irgendwie.
Die höchste Instanz in der Physik ist das Experiment.
Also definieren unter der Geschwindigkeit des Stroms in einem
Kupferleiter zu verstehen ist und dann messen. Sollte mit einem guten
Oszilloskop ohne großen Aufwand zu bewerkstelligen sein.
Google mal nach Telegraphen-Gleichung. Übrigens werden die Elektronen
nicht mit Lichtgeschwindigkeit durch die Leitung geballert, sondern viel
langsamer. Steht alles in deinem Physikbuch .
Klaus schrieb:> Die Driftgeschwindigkeit beträgt ca. 0,1mm/s Das kann man ausrechnen (z.> B.
Die interresiert hierbei aber nicht. Was du suchst ist die
Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Elektromagnetischen Welle in einem
Medium.
Und die haengt vom epsilon und mu des betroffenen Materiales ab. Oder
anders gesagt vom Induktivitaets und Kapazitaetsbelag einer Leitung. Das
ergibt dann eine Verzoergerung auf der Leitung. Berechnet wird das ganze
mit der Telegraphengleichung.
Hallo,
Helmil hat es eigentlich schon gesagt. Ich formuliere aber ein Detail
noch etwas klarer, damit Du siehst, worin das Problem bei Deiner Frage
besteht:
> Ich weiß, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Strom in einem Leiter> etwa bei 0,7-0,9-fachen der Lichtgeschwindigkeit c liegt. Aber woher> weiß ich das?>
[...]
> Ich will aber wissen, wie schnell ein Signal übertragen wird. Irgendwie> finde ich dazu keine belastbaren Aussagen. Nach Maxwell breitet sich> eine elektromagnetische Welle im Vakuum mit c aus. Aber wie sieht das in> einem (Kupfer-) Leiter aus?
Die elektromagnetische Welle breitet sich nicht IM Kupfer aus, sondern
ENTLANG von ZWEI Kupferleitungen.
Relativ einfache Verhältnisse findest Du in einem Koaxialkabel.
https://de.wikipedia.org/wiki/Poynting-Vektor#Energieausbreitung_im_Koaxialkabel
Die für die Energieausbreitung relevanten Felder befinden sich dort im
Dielektrikum (d. h. im Kunststoff) zwischen Innen- und Außenleiter.
Genau dort findet auch der Energietransport statt, d. h. die Energie
fließt durch den Kunststoff, nicht durch die Drähte. Die Drähte
bestimmen nur, welchem Weg die Welle folgt.
Wie kommt es zu dem Faktor 0,7...0,9?
Für die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium gilt:
Mit
bekommst Du die Vakuumlichtgeschwindigkeit heraus.
Für Polyethylen (PE) hast Du beispielsweise:
Klaus schrieb:> Nach Maxwell breitet sich> eine elektromagnetische Welle im Vakuum mit c aus. Aber wie sieht das in> einem (Kupfer-) Leiter aus?
Wie schnell kommt das Wasseer asu einem Garten schlauch ?
Wenn man den Hahn aufdreht, kommt das Wasser am Ende schnell aber nicht
unmittlbar raus. Es häng davon ab, wie schnell sich im Schlauch ein
Druck aufbauen kann, und der hängt vom Schlauch/Rohr ab, im Rohr geht es
schneller, der Schlauch dehnt nichts und verlängert die Zeit.
Das eigentliche Wasser braucht länger bis es den Schlauch durchläuft,
man könnte es mit gefärbtem Wasser probieren durch einen Schlauch der
bihsher mit klarem Wasser gefüllt war.
Wie viel Wasser fliesst durch den Schlauch? Hängt vom Durchmesser und
den Druckverhältnissen NACH der Anpassung des Schlauches an den Druck
ab.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#N
Genau so ist es beim Strom im Leiter.
Wie schnell ein Signal durch einen Kupferleiter braucht, liegt nicht am
Material, sondern den Welleneigenschaften der Leitung (Rohr oder
Schlauch) hier Koax oder 2-Leiter mit 50 bis 300 Ohm Wellenwiderstand
und Verkürzungsfaktoren von 0.9 bis 0.7.
http://www.wimo.com/koaxialkabel_d.html
Bei Verkürzungsfaktor 0.8 wandert die Welle halt mit 80%
Lichtgeschwindigkeit.
schon interessant das es dann Verkürzungsfaktor heißt, wenn die
Geschwindigkeit geringer ist und folglich das Signal länger braucht, die
Leitung also länger erschaint .... 8)
G. H. schrieb:> schon interessant das es dann Verkürzungsfaktor heißt, wenn die> Geschwindigkeit geringer ist und folglich das Signal länger braucht, die> Leitung also länger erschaint .... 8)
Die Bezeichnung "Verkürzungsfaktor" bezieht sich nun mal nicht auf die
Laufzeit, sondern auf die Wellenlänge.
Bei gewissen mathematischen Zusammenhängen kann man es eben nicht jedem
Recht machen ;-)
Der Verkürzungsfaktor hat nur mit der Ausbreitung der Felder zu tun.
Also kann man damit berechnen, wie schnell die Spannung hinten am Draht
ankommt, wenn man sie vorne anlegt (naja, einfach gesagt. Real ist das
ETWAS komplizierter, kuckt man Leitungstheorie...). Das ist viel, viel,
viel schneller als sich die Elektronen bewegen.
Wie schnell sich die Elektronen bewegen, hängt von der
Ladungsträgerdichte, dem Strom und dem Querschnitt ab.
Das kann man jetzt berechnen, denn die Ladungsträgerdichte in Kupfer ist
bekannt. z.B. hier stehts:
http://elektroniktutor.oszkim.de/grundlagen/geschw.html
Laut denen:
6,022·10E+23 Elektronen /mol
und ein mm³ hat angebligh
0,14·10E+3 mol
Die Ladung ist logischerweise auch bekannt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elementarladung
Also rund 1,602 E-19C
Den Querschnitt und den Strom kennt man auch.
1A ist 1C/s
Der Rest ist eine Frage von ein bischen rechnen. Aber: Dafür bin ich
viel zu faul.
Wenn ich mich richtig erinnere, ist die Geschwindigkeit in Kupfer und
Metallen sehr gering. Das liegt daran, weil Kupfer (und viele Metalle)
eine enorm hohe Ladungsträgerdichte haben. Da bewegt sich der Strom im
Bereich <1 mm/s.
In schwach dotierten Halbleitern aber recht hoch bis zu vielen m/s. Weil
da die Ladungsträgerdichte gering ist, müssen die Ladungen schnell
durch, um genug zusammenzubekommen. Die wird ja bei der Dotierung
eingestellt.
Dann kommt noch dazu:
Wo die Energie transportiert wird, ist ein ganz anderes Kapitel. Je nach
Frequenz teils im Raum zwischen hin- und Rückleiter, und nicht im Leiter
selber :-)
Wolfgang schrieb:
> "Verkürzungsfaktor" bezieht sich nun mal nicht auf die> Laufzeit, sondern auf die Wellenlänge.
Im Englischen ist ein "Verkürzungsfaktor" allerdings schwer zu finden,
dort bezieht es sich auf die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit und heißt
z.B. velocity factor (VF), velocity of propagation (VoP) oder wave
propagation speed.
Rainer V. schrieb:> ... und heißt z.B. velocity factor (VF), velocity of propagation (VoP)> oder wave propagation speed.
Da kann man der Bezeichnung wenigstens entnehmen, um was es sich
handelt.
Wolfgang schrieb:> Rainer V. schrieb:>> ... und heißt z.B. velocity factor (VF), velocity of>> propagation (VoP) oder wave propagation speed.>> Da kann man der Bezeichnung wenigstens entnehmen, um was> es sich handelt.
Das kann man beim Verkürzungsfaktor auch.
Wenn Du eine Lamda/4-Leitung für das 80m-Band benötigst,
wären das 20 m Kabel. Wenn das Kabel jedoch einen
Verkürzungsfaktor von z.B. 0.8 hat, musst Du das Kabel
um 4 m VERKÜRZEN .
Deswegen heisst der Verkürzungsfaktor Verkürzungsfaktor.
Der Verkürzungsfaktor heißt aber nicht deshalb so, weil man vom Kabel
ein Stück abschneiden muß, sondern weil wegen des Dielektrikums im Kabel
die Wellengeschwindigkeit kleiner als im Vakuum ist und somit auch die
Wellenlänge kürzer ist.
Rainer V. schrieb:> Der Verkürzungsfaktor heißt aber nicht deshalb so, weil> man vom Kabel ein Stück abschneiden muß, sondern weil> wegen des Dielektrikums im Kabel die Wellengeschwindigkeit> kleiner als im Vakuum ist und somit auch die Wellenlänge> kürzer ist.
Au... super. Jetzt erklärst Du mir bestimmt auch gleich
noch den Unterschied zwischen Spatz und Sperling sowie
den zwischen Blaukraut und Rotkraut. Samstag und Sonnabend
wären auch noch gute Kandidaten.
>> Der Verkürzungsfaktor heißt aber nicht deshalb so, ...>Au... super. Jetzt erklärst Du mir bestimmt auch gleich>noch den Unterschied zwischen Spatz und Sperling sowie>den zwischen Blaukraut und Rotkraut. Samstag und Sonnabend>wären auch noch gute Kandidaten.
Kein Bange, er hat es nicht dir erklärt, das wäre Perlen vor die Säue.
Ich finde die Erklärung gut.
