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Frage zu Spannung

Diskutiere Frage zu Spannung im Lehrling und Studi Forum Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; AW: Frage zu Spannung 1) Nur kleine Atome (Elemente am Anfang des Periodensystems) sind in der Regel ohne freie Elektronen, aber Elemente...

  1. #11 alterlich, 18.09.2010
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Frage zu Spannung


    also Punkt 1 stimmt so nicht soooo ganz. A priori "freie" Elektronen hat kein Atom im gesamten Periodensystem, sonst wären es Ionen. Die Elektronen sind allesamt gebunden und haben feste Quantenzustände.
    Damit Neutralität herrscht, sind immer soviele Elektronen wie Protonen im Atom vorhanden. Die Protonenzahl nimmt bekanntlich mit der Ordnugszahl zu, so dass schwerere Atome immer mehr Elektronen unterbringen müssen.

    Diese besetzen die verfügbaren Quantenzustände nacheinander von höherer Bindungsenergie zu niedriger (und es passt immer nur eine ganz bestimmte Anzahl in ein Niveau = Quantelung) . Im klassischen Bild, wo die Elektronen um den Kern kreisen, werden immer weiter außen liegende Bahnen gewählt. Bringt man 2 Atome zusammen zum Molekül, so kombinieren die Orbitale der Atome zu sogn. Molekülorbitalen, aber wieder mit festen Energieniveaus und ohne freie Elektronen. Nimmt man immer mehr Atome hinzu ergeben sich immer mehr dieser Niveaus, die immer näher an Grundnieveaus zusammenrücken. Wiederum werden diese Zustände von der Elektronen in der Reihe ihrer Energie aufgefüllt.
    Rechnet man die Bänder aus, kommt man irgendwann zu einem Niveau, dass energetisch so liegt, dass ein Elektronentransfer möglich wäre, dem sogenannten Leitungsband. Sind beim Auffüllen alle anderen energetisch höheren Zustände gefüllt, sitzen die folgenden zwangsläufig im Leitungsband. Wir haben ein Metall.
    Füllt man hingegen auf, und stellt fest, dass am Ende alle Elektronen in tieferen Bändern schon ihren Platz gefunden haben, und keine mehr für die Zustände im Leitungsband übrig sind, dann hat man einen Halbleiter oder Isolator. Die letzten Elektronen dann sitzen im sogenannten Valenzband, also einem Energieband das energetisch noch unterhalb des Leitungsbandes liegt, und stehen deshalb nicht zum Ladungstransport beiträgt.

    will man hier Strom durchführen, muss man versuchen ein paar Elektronen in dieses Band zu befördern. Dies kann unmöglich sein, weil die zugeführte Energie kleiner als die Bandlücke, aslo den Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband, ist. Dann haben wir einen Isolator. Ist die Bandlücke "klein", sodass man durch Wärme, Licht, etc. genügend Energie zuführen kann, so können hierdurch Elektronen ins Leitungsband gehoben werden und es kann ein Strom fließen. Dann haben wir einen Halbleiter.

    Wenn alle Atome gleich sind (selbe Atomart) liegen die Niveaus alle in rel. engen Bänderen um die einzelnen Festkörperniveau. Zeichnet man dass, so hat man bei Atomen dünne Striche mit festen Abständen für die Niveaus.
    Im Festörper sieht das immer noch so aus, nur dass die Striche zu dicken Balken (viele Zustände) geworden sind und energetisch etwas verschoben sind aber dazwischen immer noch "Leere". Nimmt man jetzt eine andere Atomart, so hat diese Atom komplett andere energetisch, mögliche Zustände. Kombiniert man diese nun mit dem Grundkörper, so können Energieniveas entstehen, die plötzlich zwischen den "Balken" liegen und wo Elektronen aus dem Valenzband einen "Zwischenstopp" einlegen können. Wir haben einen dotierten Halbleiter. Jenachdem, ob diese zusätzlichen Niveaus näher beim Valenz- oder Leitungsband liegen eine p- oder n- leiter.

    gruss
     
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  3. #12 alterlich, 18.09.2010
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Frage zu Spannung

    "Strom" ist eine phsikalische DEFINIERTE ("Kunst") Größe.
    Definition: I=dQ/dt

    entspricht also der pro Zeitintervall dt bewegten Ladung dQ. Es ist dabei völlig egal, ob du Elektronen, Ionen, Positronen etc. nimmst.
    Und Spannung ist schlicht Ladungstrennung, wobei sich entgegengesetzt geladene Ladungen mit einer Kraft F anziehen und deshalb bestrebt sind sich unter Bewegung in der Zeit t wiederzuvereinen (=Strom)

    Gruss
     
  4. #13 alterlich, 18.09.2010
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Frage zu Spannung

    ach ja, als kleiner Nachtrag zur viel verbreiteten Meinung, dass sich Leitungselektronen sehr schnell oder sogar mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Elektronen driften mit Geschwindigkeiten von Millimeter pro Sekunde ..

    Gruss.
     
  5. #14 NachtHacker, 18.09.2010
    NachtHacker

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    AW: Frage zu Spannung

    @alterlich
    Danke für deine exakten Ausführungen! Aber so tief wollte ich nicht in die atomare Physik einsteigen, da dies ein äußerst kompliziertes und komplexes Thema ist, das eher zur Abschreckung als zur Aufklärung dient.
    Ich möchte mit meinen Beiträgen einfache und vorallem verständliche Denkmodelle bieten und solche Modelle haben selbstverständlich immer Schwachstellen.
     
  6. #15 alterlich, 18.09.2010
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Frage zu Spannung

    @NachtHacker
    ist schon klar, ich wollte dich auch nicht kritisieren, sondern nur etwas von der physikalische Seite "anmerken" :D

    gruss
     
  7. #16 aquintus, 18.09.2010
    aquintus

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    AW: Frage zu Spannung

    hi,

    wenn die elektronen dann im leiter verbleiben, heisst das aber doch, dass der batterie selber dann welche fehlen. ganz banal gezeigt, von dem elektronenüberschuss gehen 100 elektronen in den leiter. aus dem kabel am ende gehen 20 hinten wieder in die batterie und dann ziehe ich einfach die leiter ab. somit sind der batterie doch dann elektronen verloren gegangen (befinden sich eben noch im leiter also nicht weg aber die batterie hat sie nicht mehr).

    ich möchte dir/euch auf jeden fall schon mal recht herzlich für die mühe und hilfe danken. ist mir echt eine riesen hilfe. ich habe sicher 3 tage in den verschiedensten büchern und im internet nachgeschaut und versucht mir das alles selber zu erklären. durch eure hilfestellung hat es so langsam klick gemacht und das gesamte macht für mich auch sinn. also beide daumen hoch :)

    viele grüße
     
  8. #17 NachtHacker, 18.09.2010
    NachtHacker

    NachtHacker Spannungsgeprüft

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    AW: Frage zu Spannung

    Also wenn du 100 elektronen in den Leiter hineinschiebst, dann gehen auch wieder 100 elektronen hinten wieder heraus in die Batterie hinein und nicht 20! Wie kommst du darauf?
     
  9. #18 aquintus, 18.09.2010
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    aquintus Schlitzeklopfer

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    AW: Frage zu Spannung

    hmm, vllt. ein anderes beispiel. ich habe einen erzeuger welcher mit einem kupferleiter verbunden ist. der kupferleiter geht in ein glas wasser (schlechter letier) und von dem wasser geht ein neuer leiter (einer der auch schlecht leitet) heraus durch einen verbraucher zurück zum erzeuger.

    sagen wir ich schließe die klemmen an und elektronen wandern (z.b. 500 stück). ich ziehe den leiter direkt wieder ab. befinden sich jetzt nicht elektronen aus der batterie irgendwo in der leitung?
     
  10. #19 kalledom, 18.09.2010
    kalledom

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    AW: Frage zu Spannung

    Stell Dir den Stromfluß / Elektronenfluß doch einfach wie eine Wasserpumpe vor, wo Ausgang und Eingang über ein Rohr verbunden sind und alles voll Wasser ist.
    Wenn Du jetzt an der Pumpe drehst, dann VERSCHIEBT sich das Wasser. Wir sagen dazu: "es fließt" ;)
    Die Pumpe dürfte sich ganz leicht drehen lassen, da nichts vorhanden ist, was die Wasser-Verschiebung behindert außer z.B. die Reibung. Es wird auch nirgendwo weniger oder mehr Wasser; im Rohr bleibt die gleiche Wassermenge wie auch in der Pumpe.
    Jetzt stelle Dir ein Ventil in dem Rohr vor, welches halb geöffnet ist.
    Das Wasser verschiebt sich nun nicht langsamer, es verschiebt sich wegen dem Engpaß WENIGER Wasser durch das Rohr und Du mußt schon etwas kräftiger an der Pumpe drehen, weil sich nun ein Widerstand, nämlich das halb geöffnete Ventil, in dem Kreislauf befindet.
    Jetzt stelle Dir statt der Wassermoleküle (freie) Elektronen in einem Gefüge von Kupfer-Atomen (einem Kupferdraht) vor.
    Das Kupfer-Atom kann das einzige Elektron auf seiner äußeren Schale abgeben; dieses Elektron wird dann vorübergehend ein freies Elektron, welches vom nächsten Atom, das sein Elektron auch abgegeben hatte, wieder angezogen wird.
    Da nach Abschaltung der Spannungsquelle jedes Kupfer-Atom sein Elektron auf der äußeren Schale zurück bekommt, geht auch kein Elektron verloren.
     
  11. #20 alterlich, 18.09.2010
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Frage zu Spannung

    dich scheint as problem ja wirklich nicht in ruhe zu lassen :D
    allgemein gilt ladungserhaltung. elektronen gehen nicht einfach verloren. einzige möglichkeit hierzu ist ein beschleuniger und annihilationsreaktion mit antimaterie, also hier positronen. klar kannst du ladung vorübergehend "einsperren" und getrennt halten, jeder kondensator und jede batterie wird es dir danken :D. aber spätestens, wenn du den kondensator wieder entlädst, hast du netto wieder neutrale teilchen, genauso bei der batterie, wo genau diese tendenz zum ausgleich überhaupt nu einen strom zuläßt.

    gruss
     
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