Elektrizität


Entwurf und Faktensammlung, weder Vollständig noch auf Fehler und Vollständigkeit überprüft


Was ist elektrischer Strom?

Aufbau von Atomen

Atome bauen sich aus drei Elementarteilchen auf:

  • Protonen
  • Neutronen
  • Elektronen

Protonen und Neutronen bilden den Kern, Elektronen befinden sich in der Hülle um.

Kern Rutherford, 3000stel Radius des Atomkerns. Wirkungsradius größer als die tatsächliche Größe des Kerns (Alphateilchen positive Ladung, Kern Gold positive Ladung). Beschuss mit Alphateilchen (Heliumkernen). Materie besteht im Wesentlichen aus einer Elektronenwolke. Rutherfordexperiment gibt keinen Aufschluss darüber wo in welcher Form Elektronen an den Atomkern gebunden sind.

Neutronen zerfallen mit einer Halbwertzeit von 10 Minuten zu Protonen, Neutronen werden allerdings in der Umgebung meist vorher eingefangen. Für die Betrachtung in Elektrizität spielen sie keine Rolle, da sie keine Ladung tragen.

Es gibt zwei Ladungen

  • negative Ladung (Elektonen)
  • positive Ladung (Protonen)

Die Ladungen sind im normalfall innerhalb eines Stoffes ausgeglichen, es gibt genau soviele Elektronen wie Protonen in Atomen und Molekülen. Die Protonen bilden zusammen mit den ladungsneutralen Neutronen den Kern, Elektronen umkreisen diesen.

Metalle

Bindung von Atomen zu Molekülen oder Metallgittern benötigt die Elektronen, allerdings zum Teil nicht alle.

Elektronengas

Metalle transportieren einen Strom durch bewegliche Elektronen. Elektronengas.

Entartetes Elektronengas in Endphase des Lebenszyclus von Sternen.

Supraleitfähigkeit


Anwendung

Geschichte

Wechselstrom

Gleichstrom

Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)


Kennzahlen

Stromstärke I

I = \frac{Q}{t}

A (Ampère)

Ladung pro Zeit

Elektrische Ladung Q

1 A s = 1 C (Coulomb)

Maß für die Anzahl der Ladungen.

Eine Eigenschaft von Ladungstragern mit positiven oder negativen Wert

Elementarladung e0 = 1,60219 . 10-19 A.s

Couloumb-Kraft

Eine elektrische Ladung ist von einem elektrischen Feld umgeben.

Ein elektrisches Feld (\vec{E}) ist ein Raumzustand, in dem auf eine zweite elektrische Ladung (q) eine Coulomb-Kraft (\vec{F}_c) ausgeübt wird:

\vec{F}_c = q \cdotp \vec{E}

elektrisches Potiential

\varphi = \frac{W_{pot}}{Q}

Driftgeschwindigkeit

v_d = \mu \cdot E

Die Größe \mu wird Beweglichkeit genannt

Die Driftgeschwindigkeit liegt im Bereich weniger 1/10 Millimeter pro Sekunde, abhängig vom Strom

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