Machen wir dieses Gedankenexperiment. Stellen Sie sich vor, dass es ein bestimmtes Dorf 100 Kilometer von der Stadt entfernt gibt und dass eine etwa 100 Kilometer lange Drahtsignalleitung mit einer Glühbirne am Ende von der Stadt zu diesem Dorf verlegt wird. Bei der Leitung handelt es sich um eine geschirmte Zweidrahtleitung, sie wird entlang von Stützen verlegt Autobahn. Und wenn wir nun über diese Leitung ein Signal von einer Stadt in ein Dorf senden, wie lange wird es dann dauern, bis es dort empfangen wird?

Berechnungen und Erfahrungen zeigen, dass am anderen Ende nach mindestens 100/300000 Sekunden, also nach mindestens 333,3 μs (ohne Berücksichtigung der Induktivität des Drahtes) ein Signal in Form einer leuchtenden Glühbirne erscheint. Im Dorf leuchtet eine Glühbirne auf, was bedeutet, dass im Leiter Strom entsteht (sagen wir, wir verwenden). D.C. aus ).

100 ist die Länge jedes einzelnen Kerns unseres Drahtes in Kilometern und 300.000 Kilometer pro Sekunde ist die Lichtgeschwindigkeit – die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum. Ja, die „Bewegung der Elektronen“ breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Leiter aus.

Aber die Tatsache, dass Elektronen beginnen, sich mit Lichtgeschwindigkeit nacheinander zu bewegen, bedeutet nicht, dass sich die Elektronen selbst im Leiter mit einer so enormen Geschwindigkeit bewegen. Elektronen oder Ionen können sich in einem Metallleiter, Elektrolyt oder einem anderen leitenden Medium nicht so schnell bewegen, das heißt, Ladungsträger bewegen sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander.

Lichtgeschwindigkeit in in diesem Fall- Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Ladungsträger im Leiter nacheinander zu bewegen beginnen, dh die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Translationsbewegung der Ladungsträger. Die Ladungsträger selbst haben bei konstantem Strom, beispielsweise in einem Kupferleiter, eine „Driftgeschwindigkeit“ von nur wenigen Millimetern pro Sekunde!

Lassen Sie uns diesen Punkt klären. Nehmen wir an, wir haben einen geladenen Kondensator und schließen daran lange Drähte unserer Glühbirne an, die in einem Dorf 100 Kilometer vom Kondensator entfernt installiert ist. Wir verbinden die Drähte, das heißt, wir schließen den Stromkreis manuell über einen Schalter.

Was wird passieren? Wenn der Schalter geschlossen ist, beginnt die Bewegung geladener Teilchen in den Teilen der Drähte, die mit dem Kondensator verbunden sind. Elektronen verlassen die negative Platte des Kondensators, das elektrische Feld im Dielektrikum des Kondensators nimmt ab, positive Ladung die gegenüberliegende (positive) Platte verkleinert sich – Elektronen vom angeschlossenen Draht laufen darauf.

Dadurch verringert sich die Potentialdifferenz zwischen den Platten. Und da sich die Elektronen in den Drähten neben dem Kondensator zu bewegen begannen, treten andere Elektronen von entfernten Stellen im Draht an ihre Stelle, mit anderen Worten, der Prozess der Umverteilung der Elektronen im Draht beginnt aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes in ein geschlossener Kreislauf. Dieser Prozess breitet sich entlang des Drahtes immer weiter aus und erreicht schließlich den Glühfaden der Signallampe.

Eine Änderung des elektrischen Feldes breitet sich also mit Lichtgeschwindigkeit durch den Leiter aus und aktiviert Elektronen im Stromkreis. Aber die Elektronen selbst bewegen sich viel langsamer.

Bevor wir weitermachen, betrachten wir eine hydraulische Analogie. Lassen Sie es über eine Leitung vom Dorf in die Stadt gelangen Mineralwasser. Am Morgen wurde im Dorf eine Pumpe eingeschaltet, die begann, den Wasserdruck in der Leitung zu erhöhen, um Wasser aus der Dorfquelle in die Stadt zu leiten. Die Druckänderung breitet sich sehr schnell mit einer Geschwindigkeit von etwa 1400 km/s durch die Rohrleitung aus (abhängig von der Dichte des Wassers, seiner Temperatur und dem Druck).

Einen Sekundenbruchteil nach dem Start der Pumpe im Dorf begann das Wasser in der Stadt zu fließen. Aber ist das dasselbe Wasser, das hineinströmt? dieser Moment im Dorf? Nein! Die Wassermoleküle in unserem Beispiel stoßen sich gegenseitig an, bewegen sich aber selbst viel langsamer, da die Geschwindigkeit ihrer Drift von der Größe des Drucks abhängt. Das Zusammenschieben von Molekülen untereinander breitet sich um viele Größenordnungen schneller aus als die Bewegung von Molekülen entlang des Rohrs.

Das Gleiche gilt für den elektrischen Strom: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektrischen Feldes ähnelt der Ausbreitung des Drucks, und die Bewegungsgeschwindigkeit der den Strom bildenden Elektronen ähnelt der Bewegung der Wassermoleküle selbst.

Kommen wir nun direkt zu den Elektronen zurück. Die Geschwindigkeit der geordneten Bewegung von Elektronen (oder anderen Ladungsträgern) wird Driftgeschwindigkeit genannt. Durch die Aktion werden seine Elektronen aufgenommen.

Wenn kein äußeres elektrisches Feld vorhanden ist, bewegen sich die Elektronen im Leiter chaotisch nur in thermischer Bewegung, es gibt jedoch keinen gerichteten Strom, und daher ist die Driftgeschwindigkeit im Durchschnitt gleich Null.

Wenn an einen Leiter ein äußeres elektrisches Feld angelegt wird, dann beginnen sich die Ladungsträger abhängig vom Material des Leiters, von der Masse und Ladung der Ladungsträger, von der Temperatur, von der Potentialdifferenz zu bewegen, allerdings mit der Geschwindigkeit davon Die Bewegung wird deutlich geringer sein als die Lichtgeschwindigkeit, etwa 0,5 mm pro Sekunde (für einen Kupferleiter mit einem Querschnitt von 1 mm2, durch den ein Strom von 10 A fließt, Durchschnittsgeschwindigkeit Die Elektronendrift beträgt 0,6–6 mm/s).

Diese Geschwindigkeit hängt von der Konzentration freier Ladungsträger im Leiter n, von der Querschnittsfläche des Leiters S, von der Ladung des Teilchens e, von der Größe des Stroms I ab. Wie Sie trotz sehen können die Tatsache, dass der elektrische Strom (vorne Elektromagnetische Welle) breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit durch einen Leiter aus, die Elektronen selbst bewegen sich viel langsamer. Es stellt sich heraus, dass die Geschwindigkeit des Stroms sehr niedrig ist.

Wie groß ist die Stromgeschwindigkeit im Leiter?

Eine triviale, wenn nicht sogar rhetorische Frage, nicht wahr? Wir alle haben in der Schule Physik studiert und erinnern uns gut daran, dass die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms in einem Leiter gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Front einer elektromagnetischen Welle, also gleich der Lichtgeschwindigkeit, ist. Aber in denselben Physikstunden wurde uns eine Menge davon gezeigt interessante Experimente, wo wir uns selbst davon überzeugen konnten. Erinnern wir uns zumindest an die bemerkenswerten Experimente mit einer Elektrophoremaschine, Ebonit, Permanentmagneten usw. Experimente zur Messung der Geschwindigkeit des elektrischen Stroms wurden jedoch nicht einmal an der Universität gezeigt, da sie nicht vorhanden waren notwendige Ausrüstung und die Komplexität der experimentellen Daten. In den letzten Jahrzehnten hat die angewandte Wissenschaft einen großen Sprung nach vorne gemacht, und mittlerweile haben viele Amateure Geräte zu Hause, von denen selbst wissenschaftliche Labore vor einigen Jahrzehnten nicht einmal träumen konnten. Daher ist es an der Zeit, Erfahrungen in der Messung der Geschwindigkeit des elektrischen Stroms vorzulegen, damit die Frage in den besten Traditionen der Physik ein für alle Mal abgeschlossen wird. Das heißt, nicht auf der Ebene der Mathematik von Hypothesen und Postulaten, sondern auf der Ebene einfacher und für jeden verständlicher Experimente.
Der Kern des Experiments zur Messung der Geschwindigkeit des elektrischen Stroms ist bis zur Schande einfach. Nehmen wir einen Draht einer bestimmten Länge, in unserem Fall 40 Meter, und schließen wir einen Signalgenerator daran an Hochfrequenz und ein Zweistrahl-Oszilloskop: jeweils ein Strahl zum Anfang des Drahtes und der andere zum Ende. Das ist alles. Die Zeit, die ein elektrischer Strom benötigt, um durch einen 40 Meter langen Draht zu fließen, beträgt etwa 160 Nanosekunden. Zu diesem Zeitpunkt sollten wir auf dem Oszilloskop eine Verschiebung zwischen den beiden Strahlen sehen. Schauen wir uns nun an, was wir in der Praxis sehen

Stellen wir uns einen sehr langen Stromkreis vor, zum Beispiel eine Telegrafenlinie zwischen zwei Städten, die beispielsweise 1000 km voneinander entfernt sind. Sorgfältige Experimente zeigen, dass sich die Auswirkungen des Stroms in der zweiten Stadt zu bemerkbar machen werden, das heißt, die Elektronen in den dort befindlichen Leitern beginnen sich zu bewegen, etwa Sekunden nachdem ihre Bewegung entlang der Drähte in der ersten Stadt begonnen hat. Es wird oft gesagt, nicht sehr streng, aber sehr deutlich, dass Strom mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s durch Leitungen fließt.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Bewegung der Ladungsträger im Leiter mit dieser enormen Geschwindigkeit erfolgt, sodass das Elektron oder Ion, das sich in unserem Beispiel in der ersten Stadt befand, in Sekundenschnelle die zweite erreicht. Gar nicht. Die Bewegung von Ladungsträgern in einem Leiter erfolgt fast immer sehr langsam, mit einer Geschwindigkeit von mehreren Millimetern pro Sekunde, oft sogar noch weniger. Wir sehen daher, dass wir sorgfältig unterscheiden müssen und die Konzepte „Stromgeschwindigkeit“ und „Geschwindigkeit der Ladungsträger“ nicht verwechseln dürfen.

Um zu verstehen, was wir eigentlich meinen, wenn wir von „Stromgeschwindigkeit“ sprechen, kehren wir noch einmal zum Experiment mit periodischem Laden und Entladen eines Kondensators zurück, das in Abb. 70, aber stellen wir uns vor, dass die Drähte auf der rechten Seite dieser Abbildung, durch die der Kondensator entladen wird, sehr lang sind, sodass die Glühbirne oder das Instrument zur Strommessung beispielsweise tausend Kilometer vom Kondensator entfernt ist . Sobald wir den Schlüssel nach rechts drehen, beginnt die Bewegung der Elektronen in den Drahtabschnitten neben dem Kondensator. Elektronen beginnen von der negativen Platte abzufließen; Gleichzeitig sollte aufgrund der Induktion auch die positive Ladung auf der Platte abnehmen, d.h. Elektronen sollten von benachbarten Abschnitten des Drahtes zur Platte fließen: Die Ladung auf den Platten und die Potentialdifferenz zwischen ihnen beginnen abzunehmen.

Die Bewegung von Elektronen, die in Abschnitten der Drähte auftritt, die direkt an die Platten des Kondensators angrenzen, führt jedoch zum Auftreten zusätzlicher Elektronen (im Bereich um ) oder zu einer Verringerung ihrer Anzahl (im Bereich um ). Durch diese Umverteilung der Elektronen verändert sich das elektrische Feld in benachbarten Abschnitten des Stromkreises und auch dort beginnt die Bewegung der Elektronen. Dieser Prozess erfasst immer mehr neue Abschnitte des Stromkreises, und wenn schließlich die Bewegung der Elektronen im Haar einer entfernten Glühbirne beginnt, manifestiert sie sich im Glühfaden des Haares (Blitz). Es ist klar, dass völlig ähnliche Phänomene auftreten, wenn ein Stromgenerator eingeschaltet wird.

Somit breitet sich die Ladungsbewegung, die an einer Stelle durch eine Änderung des elektrischen Feldes beginnt, über den gesamten Stromkreis aus. In diese Bewegung werden nacheinander immer weiter entfernte Ladungsträger hineingezogen, und dieser Wirkungsübergang von einer Ladung zur anderen erfolgt mit enormer Geschwindigkeit (ca. 300.000 km/s). Mit anderen Worten können wir sagen, dass die elektrische Wirkung mit dieser Geschwindigkeit von einem Punkt im Stromkreis zum anderen übertragen wird oder dass sich eine Änderung des elektrischen Feldes, die an einem bestimmten Punkt im Stromkreis auftritt, mit dieser Geschwindigkeit entlang der Drähte ausbreitet.

Daher ist die Geschwindigkeit, die wir der Kürze halber „Stromgeschwindigkeit“ nennen, die Geschwindigkeit der Ausbreitung von Änderungen im elektrischen Feld entlang des Leiters und keineswegs die Geschwindigkeit der Bewegung der Ladungsträger darin.

Lassen Sie uns dies mit einer mechanischen Analogie erklären. Stellen wir uns vor, dass zwei Städte durch eine Ölpipeline verbunden sind und dass in einer dieser Städte eine Pumpe in Betrieb genommen wird, wodurch der Öldruck an diesem Ort steigt. Dieser erhöhte Druck breitet sich mit hoher Geschwindigkeit – etwa einem Kilometer pro Sekunde – durch die Flüssigkeit im Rohr aus. So beginnen sich die Partikel in einer Sekunde in einer Entfernung von beispielsweise 1 km von der Pumpe zu bewegen, nach zwei Sekunden – in einer Entfernung von 2 km, in einer Minute – in einer Entfernung von 60 km usw. Nach etwa Nach einer Viertelstunde beginnt in der zweiten Stadt Öl aus dem Rohr zu fließen. Die Bewegung der Ölpartikel selbst erfolgt jedoch viel langsamer und es können mehrere Tage vergehen, bis bestimmte Ölpartikel von der ersten Stadt zur zweiten gelangen. Zurück zum elektrischen Strom: Wir müssen sagen, dass die „Stromgeschwindigkeit“ (die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektrischen Feldes) der Geschwindigkeit der Druckausbreitung durch die Ölpipeline und die „Geschwindigkeit der Träger“ ähnlich der Geschwindigkeit ist der Bewegung der Partikel des Öls selbst.

Jeder, der sich mit Physik auskennt, wird sagen, dass die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms der Lichtgeschwindigkeit entspricht und 300.000 Kilometer pro Sekunde beträgt. Einerseits hat er 100 % Recht, aber es gibt Nuancen.

Beim Licht ist alles einfach und transparent: Die Fluggeschwindigkeit eines Photons ist gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit Lichtstrahl. Bei Elektronen ist es schwieriger. Elektrischer Strom unterscheidet sich stark von sichtbarer Strahlung.

Warum wird angenommen, dass die Geschwindigkeit von Photonen im Vakuum und die Geschwindigkeit von Elektronen in einem Leiter gleich sind? Die Aussage basiert auf tatsächlichen Ergebnissen. Im Jahr 1888 stellte der deutsche Wissenschaftler Heinrich Hertz experimentell fest, dass sich eine elektromagnetische Welle im Vakuum so schnell ausbreitet wie Licht. Aber können wir sagen, dass Elektronen in einem Leiter mit Lichtgeschwindigkeit fliegen? Wir müssen die Natur der Elektrizität verstehen.

Was ist elektrischer Strom?

Aus dem Schulphysikkurs ist bekannt, dass Elektrizität ein Elektronenfluss ist, der sich in einem Leiter geordnet bewegt. Obwohl es keine Stromquelle gibt, bewegen sich Elektronen im Leiter chaotisch in verschiedene Richtungen. Summiert man die Flugbahnen aller geladenen Teilchen, erhält man Null. Daher verursacht ein Metallstück keinen Stromschlag.

Wenn ein Metallgegenstand angeschlossen ist Stromkreis, alle darin enthaltenen Elektronen reihen sich in einer Kette auf und fließen von einem Pol zum anderen. Wie schnell wird die Straffung erfolgen? Mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das bedeutet aber nicht, dass die Elektronen genauso schnell von einem Pol zum anderen flogen. Es ist eine Täuschung. Es ist nur so, dass die Menschen so an die Vorstellung gewöhnt sind, dass sich Elektrizität so schnell wie Licht ausbreitet, dass sie nicht viel über die Details nachdenken.

Weit verbreitete Missverständnisse über die Lichtgeschwindigkeit

Ein weiteres Beispiel für eine solche oberflächliche Wahrnehmung ist das Konzept der Natur des Blitzes. Wie viele Leute denken über was nach? physikalische Prozesse während eines Gewitters auftreten? Wie groß ist beispielsweise die Geschwindigkeit eines Blitzes? Kann man ohne Instrumente herausfinden, in welcher Höhe Blitzeinschläge wüten? Lassen Sie uns das alles der Reihe nach behandeln.

Jemand könnte sagen, dass Blitze mit Lichtgeschwindigkeit einschlagen, und er würde sich irren. Ein Blitz, der durch eine riesige elektrische Entladung in der Atmosphäre verursacht wird, breitet sich so schnell aus, aber der Blitz selbst ist viel langsamer. Ein Blitz ist kein laserähnlicher Lichtstrahl, obwohl er optisch ähnlich ist. Dies ist eine komplexe Struktur in einer mit Elektrizität gesättigten Atmosphäre.

Der Stufenleiter oder Hauptblitzkanal wird in mehreren Stufen gebildet. Jede mehrere Dutzend Meter lange Stufe entsteht mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 km/s entlang der Entladungsfäden ionisierter Partikel. Die Richtung ändert sich in jedem Stadium, sodass der Blitz wie eine gewundene Linie aussieht. 100 Kilometer pro Sekunde sind schnell, aber weit von der Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle entfernt. Dreitausend Mal.

Was ist schneller: Blitz oder Donner?

Auf diese Kinderfrage gibt es eine einfache Antwort: Blitz. Aus demselben Physikkurs an der Schule ist bekannt, dass die Schallgeschwindigkeit in der Luft etwa 331 m/s beträgt. Fast eine Million Mal langsamer als eine elektromagnetische Welle. Mit diesem Wissen ist es leicht zu verstehen, wie man die Entfernung zum Blitz berechnet.

Das Blitzlicht erreicht uns im Moment der Entladung, aber der Schall breitet sich länger aus. Es reicht aus, den Zeitabstand zwischen Blitz und Donner zu ermitteln. Jetzt berechnen wir einfach mit einer einfachen Formel, wie weit von uns entfernt der Blitz eingeschlagen hat:

L =T × 331

Dabei ist T die Zeit vom Blitz bis zum Donner und L die Entfernung von uns bis zum Blitz in Metern.

Beispielsweise schlug der Donner 7,2 Sekunden nach dem Blitz ein. 331 × 7,2 = 2383. Es stellt sich heraus, dass der Blitz in einer Höhe von 2 Kilometern und 383 Metern einschlug.

Die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle ist nicht die Geschwindigkeit des Stroms

Lassen Sie uns nun mehr auf Zahlen und Begriffe achten. Am Beispiel des Blitzes wurden wir davon überzeugt, dass eine kleine falsche Annahme zu großen Fehlern führen kann. Es ist genau bekannt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle 300.000 Kilometer pro Sekunde beträgt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sich die Elektronen im Leiter mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen.

Stellen wir uns vor, dass zwei Mannschaften darum wetteifern, wer den Ball am schnellsten von einem Ende des Spielfelds zum anderen bringen kann. Voraussetzung ist, dass jedes Teammitglied mehrere Schritte mit dem Ball in der Hand macht. Ein Team besteht aus fünf Leuten, das andere aus einem. Fünf von ihnen werden in einer Reihe aufgereiht einen Pass spielen, wobei jeder von Anfang bis Ende ein paar Schritte in die Richtung macht. Eine einzelne Person muss die gesamte Strecke laufen. Es ist klar, dass fünf gewinnen werden, denn der Ball fliegt schneller, als ein Mensch laufen kann.

Mit Strom ist es genauso. Elektronen „laufen“ langsam (ihre eigene Geschwindigkeit von Elementarteilchen in einem gerichteten Fluss wird in Millimetern pro Sekunde berechnet), aber sie übertragen den „Ladungsball“ sehr schnell aufeinander. Wenn an den gegenüberliegenden Enden des Leiters kein Potentialunterschied besteht, bewegen sich alle Elektronen chaotisch. Das thermische Bewegung, in jeder Substanz vorhanden.

Wenn sich Elektronen in Drähten mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würden

Stellen wir uns vor, dass die Geschwindigkeit der Elektronen in einem Leiter immer noch nahe der Lichtgeschwindigkeit liegt. In diesem Fall wäre moderne Energie in der uns bekannten Form nicht möglich. Wenn sich Elektronen mit einer Geschwindigkeit von 300.000 Kilometern pro Sekunde entlang von Drähten bewegen würden, müssten sehr komplexe technische Probleme gelöst werden.

Das offensichtlichste Problem: Bei dieser Geschwindigkeit können die Elektronen den Windungen der Drähte nicht folgen. Nachdem geladene Teilchen auf einem geraden Abschnitt beschleunigt wurden, fliegen sie tangential heraus, wie Autos, die nicht in eine Kurve passen. Damit die Elektronen innerhalb der Energieautobahnen mit kosmischer Geschwindigkeit fliegen, müssen die Leitungen mit elektromagnetischen Fallen ausgestattet werden. Jeder Abschnitt der Verkabelung wird wie ein Fragment eines Hadronenbeschleunigers.

Glücklicherweise bewegen sich Elementarteilchen viel langsamer und blanke Aluminiumdrähte für Stromleitungen eignen sich durchaus für die Energieübertragung über große Entfernungen

Wir hoffen, dass Sie nach der Lektüre dieser Rezension die Antwort auf die Frage gefunden haben, warum Strom nicht mit Lichtgeschwindigkeit durch Kabel fließt, und sich an etwas aus dem Schulphysikkurs erinnert haben, und das ist, wie Sie sehen, in jedem Alter äußerst nützlich.

Wenn wir über Elementarteilchen sprechen, kommen einem sofort die Lichtgeschwindigkeit und die sekundenschnelle Datenübertragung in den Sinn. Aber würden Sie glauben, dass sich das Elektron tatsächlich noch langsamer bewegt als eine normale Schnecke? Versuchen wir, einen kleinen Wettbewerb zu veranstalten und klar zu beweisen, dass die Schnecke dem Elektron entkommen kann.

Vergleichen wir also die Konkurrenten.

Eine Schnecke ist eine Schnecke, die in Wäldern, Parks, Wiesen und in der Nähe von Gewässern lebt. Ernährt sich von Wild und Kulturpflanzen. Auf dem Rücken trägt er eine wunderschöne Muschel, in der er den Winter übersteht.

Ein Elektron ist ein negativ geladenes Elementarteilchen, das in den Atomen aller Menschen „lebt“. chemische Elemente. Elektronen lieben es zu „essen“ elektrisches Feld, unter deren Einfluss sie beginnen, sich geordnet in eine bestimmte Richtung zu bewegen, einen elektrischen Strom erzeugen und an die Steckdose angeschlossene Telefone aktivieren.

Es scheint, was für einen Geschwindigkeitsvergleich kann es zwischen einer auf dem Boden kriechenden Schnecke und Elektronen geben, die sich in einem Draht bewegen? Immerhin beträgt die Geschwindigkeit der Schnecke nicht mehr als 3 m/h, und dennoch hat die Schnecke die Möglichkeit, dem Elektron zu entkommen, und zwar in dem Moment, in dem sich das Elementarteilchen im Leiter bewegt.

Auf den ersten Blick scheint es, als würden sich die Elektronen im Draht mit enormer Geschwindigkeit bewegen – denn wenn wir den Schalter drücken, leuchtet sofort die Glühbirne im Raum auf. Tatsächlich sind es jedoch nicht die Elektronen, die mit Lichtgeschwindigkeit über den Draht laufen, sondern das elektrische Feld (dasselbe, das die Elektronen „füttert“), das sich mit Lichtgeschwindigkeit über den gesamten Leiter ausbreitet und die Elektronen dazu zwingt Bewegen Sie sich geordnet in eine Richtung und gleichzeitig über die gesamte Länge des Drahtes.

Und die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen selbst ist nicht so hoch. Sie lässt sich nach folgender Formel berechnen:

I= n·A·V·Q, wobei

I – aktuelle Stärke;

n – Anzahl der Elektronen pro Kubikmeter;

A – Drahtquerschnitt;

V – Elektronenflussgeschwindigkeit;

Q – Elektronenladung;

Beispielsweise beträgt die Stromstärke 1 Ampere, die Anzahl der Elektronen in einem Kupferdraht beträgt 8,5 × 10 28 pro m 3, die Elektronenladung beträgt 1,6 × 10 -19, nehmen wir den Drahtquerschnitt 0,8 mm 2.

Um V zu ermitteln, müssen wir I durch n·A·Q dividieren. Nach Durchführung der Berechnungen erhalten wir ein Ergebnis von 1,4 × 10 –4 m/s. Das bedeutet, dass ein Elektron in einer Sekunde etwa einen Siebtel Millimeter zurücklegt. Es stellt sich heraus, dass das Elektron in einer Stunde eine Strecke von etwa 0,5 Metern zurücklegen kann. Wie wir uns erinnern, kann die Schnecke zu diesem Zeitpunkt bis zu 3 Meter zurücklegen.