Stromstärke. STROM und SPANNUNG. Driftgeschwindigkeit. Stromträger. Ladungstransport pro Zeiteinheit. Dimension: 1 A = 1 Ampere = 1 C/s.

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1 Stromstärke STROM und SPNNUNG Ladungstransport pro Zeiteinheit Dimension: = mpere = C/s EX-II SS200 I = dq dt = j d S Stromdichte : /cm 2 Stromträger Elektronen bzw. positiv oder negativ geladene Ionen Paul Drude (83-90 Driftgeschwindigkeit mittlere gerichtete Geschwindigkeit mikroskopisches Modell: N = Dichte [m 3 ] Driftgeschwindigkeiten j = Nq v j = N q v + N + q + v + z.. in einem Elektrolyten Drude-Modell Elektronen bewegen sich in einem Gitter positiver Ionen mit thermischer Geschwindigkeit v th 0 5 m/s 2 m v2 = 3 2 k T Ohne äußeres Feld haben die Elektronen keine gerichtete Driftgeschwindigkeit v = 0. Diffusion: v 2 0

2 N Driftgeschwindigkeit Leitfähigkeit Drude-Modell j = Nq v = Nq 2 τ E/m = σ E τ : mittlere Zeit zwischen Stößen mit dem Ionengitter äußeres Feld beschleunigt während dieser Zeit die Elektronen a = F /m = qe/m mittlere Driftgeschwindigkeit: v = τf /m, (typisch < mm/s I = σ U L = U R Definition: Widerstand homogener Leiter mit I = j und E = U/L R = L σ = ρ s L spezifischer Widerstand j = Nq v = Nq 2 τ E/m = σ E Leitfähigkeit Dimension von R: [V/] = [Ω] σ = [ ] V m ρ s = [Ω m] Ohmsches Gesetz Potentialgefälle und Strom lineares Potentialgefälle R = U I R U I I = U R U(x = φ φ x = R I x L U = U 0 x L N U 2 = U 0 L x L U = R I Potentialdifferenzen entlang einem Spannungsteiler

3 8 Joule sche Wärme Energiegewinn, wenn eine Ladung Q eine Potentialdifferenz U durchläuft. rbeit, die notwendig ist um eine Ladung Q gegen die Potentialdifferenz U zu verschieben. rbeit : W = Q U Kontinuitätsgleichung Ladungsträgerfluß durch eine Fläche S pro Zeiteinheit j ds = d dt Q = d dt S V ρ dv * j Leistung : P = dw dt Dimension [W att] = [V ] = U dq dt = U I = I2 R = U 2 R Die in einem Stromkreis erzeugte Wärme ist proportional zur Leistung des Stromkreises Gauß scher Satz j ds = ( j dv S V j = ρ t Ladungserhaltung Kontinuitätsgleichung j = ρ t Kirchhoff sche Regeln gelten in stationären elektrischen Stromkreisen bei Verzweigung mehrerer Leiter gilt als Folge der Kontinuitätsgleichung stationärer Strom I i = 0 i # " j = 0

4 Kirchhoff sche Regeln Reihenschaltung von R gelten in stationären elektrischen Stromkreisen 2 Die Generatorspannung verteilt sich auf die Elemente eines Schaltkreises. R ges = i R i U i = U 0 i Parallelschaltung von R rückenschaltung der Strom am mperemeter ist Null, wenn I ges = i I i = i U R i R R x = R 2 R 3 N R ges = i R i U = U 2

5 mpere-, Volt-, Ohm-Meter Messgeräte E L E E = >? mpere-meter Volt-Meter Ohm-Meter R i R R v magnetisierte Weicheisenstücke stossen sich ab Messgeräte ungewöhnlicher Spannungsteiler litz Äquipotential linien

6 N * 3 O 2D Spannungsteiler eines ortsempfindlichen Detektors * L H I J H H 2 D I F D H D Spannungsteiler I $ 3 " 3 3 Messung der abfliessenden Ladungen x (Q + Q 2 (Q 3 + Q Q + Q 2 + Q 3 + Q y (Q 2 + Q 3 (Q + Q Q + Q 2 + Q 3 + Q I max < EMK Gleichstromquellen elektromotorische Kraft EMK Der Innenwiderstand begrezt den maximalen Stromfluss Klemmenspannung R i 3 K - R a U KL = EMK R a + R i = ufgrund der EMK ist die Quelle in der Lage elektrische rbeit zu leisten. E Potentialgefälle und EMK Verträglichkeit von E = 0? Elektrochemische Spannungsreihe Ein Redoxpaar: Cu Cu e EMK trägt die Elektronen gegen das Feld nach oben Gradient des elektrischen Potentials treibt die Elektronen nach unten mit stationärem Stromfluss in einem Elektromagneten 2 = Redoxpotential: Maß für die ereitschaft der Ionen Elektronen aufzunehmen Cu/Cu 2+ -Paar Zn/Zn 2+ -Paar +0, 35 V 0, V }, V edlere Metalle nehmen Elektronen bereitwilliger auf

7 Galvanisches Element Galvanische Korrosion. V Elektrochemie : spontane chemische Reaktion bewirkt elektrischen Stromfluss Galvanic corrosion is an electrochemical action of two dissimilar metals in the presence of an electrolyte and an electron conductive path. It occurs when dissimilar metals are in contact. Ladevorgang: Entladevorgang: kkus lei leioxid H2SO P bso + 2 OH P bo 2 + H 2 SO + 2e node P bso + 2H + P b + H 2 SO 2e Kathode Spezifizierung von kkus attery specifications Energy/weight 30-0 Wh/kg Energy/size 0-5 Wh/L Power/weight 80 W/kg Charge/discharge efficiency 0%-92% Self-discharge rate 3%-20%/month Time durability months Cycle durability cycles Nominal Cell Voltage 2.0 Volt P bo 2 + 3H + + HSO + 2e P bso + 2H 2 O node P b + SO P bso + 2e Kathode

8 Strom in Flüssigkeiten Debye sche bschirmlänge Dissoziation von Molekülen in flüssiger Umgebung CuSO Cu 2+ + SO 2 0 Elektrophorese eweglichkeit masseabhängig Faraday Konstante: F = 98 C / mol Ladung von Mol Elektronen Elektrode D = ɛ0 k T 2e 2 n - n + = n = n Elektrolyt quasineutral bschirmung durch ereich negativer Raumladung Kontaktspannung Kontaktspannung - J H - H C E - J H - H C E J = J = 8? J =? J 8? J =? J -. H E -. H E φ φ φ φ J = J = J = J * & $ esetzung " kt = 0 00K 000K 500K φ φ φ φ J = J = J = J * J = J = J D Thermo-Spannung Energie ufweichung der Fermi-Kante J D Thermo-Spannung

9 - = Strom durch Gase Temperaturabhängigkeit von Widerständen. = H = K / F I 5 K C * C / E H I E J. = J H E + H = E I = J E I = H C Gitterschwingungen ( Phononen Temperaturabhängigkeit von Widerständen Temperaturabhängigkeit von Widerständen E Korrelationsenergie eines Cooper-Paares H I " 0 C Supraleiter > / D E C D? E C H I Halbleiter H E Dotierung "? $?

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