Elektrizitätslehre 3.

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Stefanie Hase
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Ladungsträgern: Elektronen Ionen Strom im Vakuum Strom im Gas Strom

Leitungsvorgang hängt ab von: - Art und Anzahl der beweglicher

- der angiegenden Spannung Strom in Metalle Metall: Feste Atomkerne

1 Elektrizitätslehre 3. Elektrischer Strom Strom = geordnete Bewegung der Ladungsträgern Ladungsträgern: Elektronen Ionen Strom im Vakuum Strom im Gas Strom in Flüssigkeit (Lösung) Strom im Festkörper Leiter Halbleiter Der Leitungsvorgang hängt ab von: - Art und Anzahl der beweglicher Ladungsträger - der Behinderung der Bewegung durch andere Teilchen - der angiegenden Spannung Strom in Metalle Metall: Feste Atomkerne mit geschlossenen Elektronenhüllen Die Elektronen der äußere Hüllen bewegen sich frei. (Sie sind kollektive Elektronen)

Elektrische Stromstärke* I = ΔQ Δt Durch den Leiterquerschnitt während Δt Zeit durchgefloßene Ladung Einheit: Ampere (A) 1A = 1C/1s Konventionelle (technische) Stromrichtung: Bewegungs-richtung der

2 Elektrische Stromstärke* I = ΔQ Δt Durch den Leiterquerschnitt während Δt Zeit durchgefloßene Ladung Einheit: Ampere (A) 1A = 1C/1s Konventionelle (technische) Stromrichtung: Bewegungs-richtung der positive Ladungen. *diese definition ist allgemein, unabhängig davon in welchem Medium der Strom fliesst (Metall, Gas, Vakuum..) Bei Metallen: I ~ U d.h. U/I ist konstant. Diese Konstante wird als Widerstand bezeichnet: U V R = Einheit : Ohm Ω = I A Ohmsches Gesetz U I Die Stromstärke: ν Δt ΔV Die durchschnittliche Geschwindigkeit: Ladungstärgerdichte Geschwindigkeit Anzahl der Ladungsträgern / Volumen Querschnittsfläche

Spezifische Widerstandswerte: Spezifischer Widerstand

0,016 Kupfer 0,017 Gold 0,023 Aluminium 0,028 Eisen 0,1

18 Quarzglass 5 10 22 σ = 1 ρ Bemerkung Strom =

km/s Strombewegung ~ mm/s (Driftgeschwindigkeit)

3 Spezifische Widerstandswerte: Spezifischer Widerstand Einheit: Ωm oder Ωmm 2 /m Stoff ρ (Ωmm 2 /m) Silber 0,016 Kupfer 0,017 Gold 0,023 Aluminium 0,028 Eisen 0,1 Wolfram 0,05 Konstantan 0,5 Elektrische Leitfächigkeit: Stoff ρ (Ωmm 2 /m) Kohlenstoff 35 Dest. Wasser Transformatorenöl Porzellan Quarzglass σ = 1 ρ Bemerkung Strom = geordnete Bewegung der Ladungsträgern Wärmebewegung ~ km/s Strombewegung ~ mm/s (Driftgeschwindigkeit) Widerstand als physikalische Größe und Schaltelement Analogie: Warenhaus 1 Stunde R = I U [Ω] 20 m

Rechenaufgabe A: Ein Kupferdraht ist 12 m lang und hat einen Durchmesser von 0.5 mm. Wie groß ist sein Widerstand?

Eine wie große Ladung fließt durch den Querschnitt des Leiters pro Minute? Wieviel mol Elektronen fließen durch den Leiterquerschnitt pro Minute?

Welche Spannung kann man zwischen seine Enden messen, wenn Strom der Stärke 2,5 A fließt?

4 Rechenaufgabe A: Ein Kupferdraht ist 12 m lang und hat einen Durchmesser von 0.5 mm. Wie groß ist sein Widerstand? Welche Spannung muss man zwischen seine Enden legen, damit Strom der Stärke 0.3 A fließt? Eine wie große Ladung fließt durch den Querschnitt des Leiters pro Minute? Wieviel mol Elektronen fließen durch den Leiterquerschnitt pro Minute? Rechenaufgabe B: Ein Kupferdraht ist 46 m lang und hat einen Durchmesser von 0,5 mm. Wie groß ist sein Widerstand? Welche Spannung kann man zwischen seine Enden messen, wenn Strom der Stärke 2,5 A fließt? Eine wie große Ladung fließt durch den Querschnitt des Leiters pro Minute? Wieviel mol Elektronen fließen durch den Leiterquerschnitt pro Minute? Strom in Flüssigkeiten Ladungsträgern entstehen durch Dissoziation Strom in Gasen Entstehung von beweglichen Ladungsträger: - Ionisation durch äußeren Einwirkungen: Strahlung Wärme zb: Cl - und Na + Q=nzF Stoffmenge (mol) Wertigkeit der Ionen -Stoßionisation

5 Strom in Vakuum Freie Ladungsträger: Elektronen - Glühelektrischer Effekt - Lichtelektrischer Effekt Röntgenröhre, Braunsche Röhre: S. Vorlesung 2! Strom in Halbleitern Bändermodell: Ladungsträgern: Elektronen und Löchern E 0 Atom Molekül Festkörper Valenzelektronen Valenzband

1eV > kt Valenzband Valenzband Dotierte Halbleiter Halbleiter: Si, Ge, (Spalte IV)

6 E 0 Isolatoren Atom Festkörper Leitungsband ~ev >>(3/2kT) Halbleiter (reiner Halbleiter) Leitungsband ~0.1eV > kt Valenzband Valenzband Dotierte Halbleiter Halbleiter: Si, Ge, (Spalte IV) Donator P, As (Spalte V.) Dotierte Halbleiter Halbleiter: Si, Ge, (Spalte IV) Akzeptor B, Al (Spalte III.) Donatorniveau Akzeptorniveau n-typ p-typ

7 Leitet nur in einer Richtung Bewegbar Halbleiterdiode Halbleiterdiode

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