Wie fließt ein elektrischer Strom in einem Leiter? Erfahren Sie mehr über die Abläufe in einem Leiter und die Prinzipien des elektrischen Stromflusses.
Wie fließt ein elektrischer Strom in einem Leiter?
Elektrischer Strom ist eine grundlegende physikalische Größe, die den Fluss von elektrischer Ladung durch einen Leiter beschreibt. Dieser Fluss von Ladung wird hauptsächlich durch die Bewegung von Elektronen verursacht. Um zu verstehen, wie elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, ist es hilfreich, verschiedene Konzepte aus der Elektrizitätslehre und Festkörperphysik zu betrachten.
Grundlagen des elektrischen Stroms
In einem metallischen Leiter, wie z.B. einem Kupferdraht, sind die Elektronen in den Atomgittern nicht fest an ihre jeweiligen Atome gebunden. Diese freien Elektronen können sich relativ ungehindert durch das Material bewegen. Wenn eine Spannung (U) an den Enden des Leiters angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld, das die Elektronen in eine bestimmte Richtung bewegt.
Der elektrische Strom (I) wird dadurch definiert, wie viel Ladung (Q) pro Zeiteinheit (t) durch eine Querschnittsfläche des Leiters fließt:
I = \frac{Q}{t}
Ohmsches Gesetz
Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom (I), Spannung (U) und Widerstand (R) in einem Leiter:
U = I * R
Das bedeutet, dass die Spannung gleich dem Produkt aus Strom und Widerstand ist. Der Widerstand eines Leiters hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich Material, Temperatur und Länge des Leiters.
Bewegung der Elektronen
Wenn eine Spannung angelegt wird, bewegen sich die freien Elektronen aufgrund des elektrischen Feldes in Richtung des positiven Pols. Diese Bewegung der Elektronen bildet den elektrischen Strom. In Metallen ist diese Bewegung eher ein ‚Driften‘ der Elektronen, da sie ständig mit den Atomen des Gitters kollidieren. Diese Driftgeschwindigkeit (vd) ist relativ gering, liegt aber in der Größenordnung von etwa 10-4 m/s.
Elektrisches Feld und Spannung
Das elektrische Feld (E) ist die treibende Kraft hinter dem Stromfluss und wird durch die Spannung (U) entlang des Leiters erzeugt. Das elektrische Feld ist definiert als:
E = \frac{U}{L}
wobei L die Länge des Leiters ist. Dieses elektrische Feld beschleunigt die freien Elektronen, was den Stromfluss verursacht.
Zusammenfassung
Der elektrische Strom in einem Leiter entsteht durch die Bewegung freier Elektronen, die durch ein angelegtes elektrisches Feld beschleunigt werden. Das Ohmsche Gesetz bietet eine einfache Möglichkeit, den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand zu verstehen. Diese grundlegenden Konzepte sind wesentlich für die Beschreibung und das Verständnis der Funktionsweise elektrischer Schaltungen und Geräte.
- Elektrischer Strom ist der Fluss von Ladungsträgern (meist Elektronen) durch einen Leiter.
- Spannung erzeugt ein elektrisches Feld, das die Elektronen bewegt.
- Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand.
