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Driftgeschwindigkeit in elektrischen Leitern (Metallen)

Ohne Einwirkung von außen bewegen sich Leitungselektronen mit Geschwindigkeiten von ca. 10^5 m/s im Festkörper (zufällige, ungerichtete thermische Bewegung). Wirkt auf diese Leitungselektronen ein elektrisches Feld, werden die thermischen Bewegungen durch die Driftgeschwindigkeit vd überlagert. vd ist mit ca. 10^-4 m/s vergleichsweise klein. Je stärker das angelegte elektrische Feld ist, umso höher ist die Driftgeschwindigkeit. Die mittlere Driftgeschwindigkeit ist jedoch limitiert. Ist dieses Limit erreicht, ist eine Erhöhung der Stromstärke nur durch eine Erhöhung des Querschnittes erreichbar. Wird bei gleichem Querschnitt (Anzahl der verfügbaren Leitungselektronen) die Stromdichte erhöht, werden immer größere Teile (durch "Zusammenstösse" auf atomarer Ebene) der eingesetzten Energie zu thermischer Energie (Gitterschwingung) umgewandelt - so lange bis sich der Leiter verflüssigt bzw. zerstört wird. Dieses Prinzip wird z.B. bei Schmelzsicherungen eingesetzt.

J=I/q [J](Elektrische Stromdichte) = A/m²

Literatur

• Halliday Physik, Wiley-VCH - Verlag, ISBN: 3-527-40366-3

--ALauterer 23:22, 19. Apr. 2007 (CEST)

Entlang des Kristalls kommt es zu Wechselwirkungen mit Phononen und Störungen im Gitter, wodurch ein Teil der Energie der Elektronen in Form von Joulescher Wärme an das Gitter abgegeben wird. Zur Beschreibung der Elektronenbewegung durch den Kristall kann man nun die mittlere Driftgeschwindigkeit v* heranziehen:

                   v* = µE.

In Metallen ist die Beweglichkeit µ abhängig von der Reinheit des Kristalls, vor allem aber von der Anregung von Gitterschwingungen durch thermische Energie (Temperatur).

Die Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Gasen lässt sich zum Beispiel mit speziellen Driftkammern, VDCs genannt, messen.

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