Elektronenfluss in einem Draht

Elektrizität ist "Elektronenfluss". Mein Kind fragte mich, ob dies so sei, dann sollte der Kupferdraht letztendlich verschwinden / verschwinden / fertig sein, weil sich die Angelegenheit von einem Ort zum anderen bewegt. Ich bin kein Elektrotechniker, was soll ich ihm sagen?

current wire electron

— Hamayun Ali Shah
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Möglicherweise relevant: amasci.com/miscon/elect.html

— ntoskrnl

Verschwindet ein Fluss, weil Wasser von einem Ort zum anderen fließt?

Ich denke ein bisschen kurz und ein bisschen abstrakt für ein Kind und dann bekommt man mehr Verwirrung, weil Flüsse "verschwinden" - sie landen im Meer, verdunsten in der Luft und fallen irgendwo als Regen. Eine schlechte Analogie für den Ladungsfluss.

— JIm Dearden

Ich sehe das nicht als schlechte Analogie - der Wasserkreislauf ähnelt dem geschlossenen Kreislauf. Elektronen kommen aus einer Batterie, gehen durch den Draht und zurück in die Batterie.

— MSalters

Reise nach Jerusalem. Die Menschen (Elektronen) und die Stühle (Kupferatome) verschwinden nie, sie bewegen sich nur von Sitz zu Sitz. Wenn sich niemand auf den Stühlen befindet, wird der Draht entladen, und wenn Menschen in Runden anderer Leute sitzen, wird der Draht aufgeladen (negativ). Aber der Draht verschwindet nie. Die Elektronenbewegung betrifft nur einige der Kupferatome, viele Elektronen. Es ist die Bewegung, die als Arbeit verwendet werden kann. Die Atome selbst bleiben an Ort und Stelle.

— Adam Davis

Antworten:

In einem Metall wie Kupfer sind einige der Elektronen nicht an einzelne Atome gebunden. Wenn eine Spannung an einen Kupferdraht angelegt wird, fließen diese freien Elektronen von einem Atom zum nächsten. Dieser Elektronenfluss ist ein elektrischer Strom, aber die Kupferatome selbst bewegen sich nicht, so dass der Kupferdraht nicht verschwindet. Natürlich muss die Spannungsquelle zusätzliche Elektronen liefern, damit der Fluss fortgesetzt werden kann.

Stellen Sie sich als Analogie einen Wasserfall vor - der elektrische Strom ist wie das Fallen der Wassermoleküle, und die Wassermoleküle fallen aufgrund der Schwerkraft (analog zur Spannung). Der Wasserfall muss mit mehr Wassermolekülen versorgt werden, damit der Wasserfall weiterhin existiert, aber das Flussbett, über das die Wassermoleküle fließen (analog zu den Kupferatomen), bewegt sich nicht oder verschwindet nicht.

— Null
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+1; tatsächlich, das ist die richtige Antwort - du bist nicht in unnötigen Details zu gehen, so dass wenig Raum für zusätzliche Komplikationen bei der Erklärung zu machen, während des Nagel mit dem Hammer schlagen; Besonders gut gefällt mir der Wasserfall Analogie, da der Wasserfall Wasser tatsächlich kehrt zur Quelle ( en.wikipedia.org/wiki/Water_cycle ), so dass diese Analogie ganz vollständig und brillant.

Um etwas tiefer zu kommen, bewegen sich die Elektronen selbst nicht mit Lichtgeschwindigkeit durch das Material. Ihre Position ist probabilistisch, aber insgesamt bewegen sie sich mit der Elektronendriftgeschwindigkeit des Materials, die eigentlich ziemlich langsam ist. Elektrische Signale durch einen Draht sind das elektrische Feld, das sich durch das Material bewegt.

— Rosa Richter

Um weitere 2 Cent hinzuzufügen und das Verständnis zu vereinfachen, fällt es mir oft leichter, den Stromfluss durch einen Draht als Murmelrohr zu visualisieren (kleine Glaskugeln, wenn sich das nicht gut übersetzen lässt).

Der Draht enthält bereits Elektronen, daher ist unsere Röhre voller Murmeln. Durch Anlegen einer Spannung (einer elektromotorischen Kraft ) können Sie einen neuen Marmor hineinschieben. Wenn Sie dies tun, springt ein Marmor heraus. Nehmen Sie den herausspringenden und schieben Sie ihn in das andere Ende. In einer realen Schaltung hat es keine Enden, um Elektronen hinein und heraus zu drücken, aber es fließt rundherum (so dass unsere Röhre an beiden Enden miteinander verbunden wäre).

In der Elektronik erzeugen oder zerstören, fügen oder entfernen wir keine Elektronen * - sie sind bereits vorhanden. Wir schieben sie nur weiter. Es ist auch wichtig zu verstehen, dass nicht ein Elektron herumgeschoben wird, sondern der Fluss. Sie drücken ein Ende und das andere Ende bewegt sich. Das Drücken von Elektronen an einem Ende bedeutet nicht, dass das gleiche Elektron am anderen Ende drückt, genau wie das Drücken von Murmeln am Ende ein anderes herauskommt.

Wenn Sie weiter und weiter nach unten tauchen, können Sie beginnen, Löcher, Träger und Elektronen zu schätzen, die auf und ab springen. Aber es ist einfach ausgedrückt, stellen Sie sich vor, Sie schieben Murmeln in eine Röhre.

* Ja, es gibt wahrscheinlich Ausnahmen, aber sie sind nicht relevant.

— Oliver
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Die einfachste Antwort, die Sie geben können, ist, dass für jedes Elektron, das aus einem Ende des Drahtes austritt, ein anderes Elektron am anderen Ende des Drahtes "hineingedrückt" wird. Daher verliert der Draht trotz eines "Elektronenflusses" keine Elektronen (kein Nettoverlust)!

— Guill
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