26.13
Wenn ein elektrisches Feld an einen Leiter angelegt wird, driften freie Elektronen in die entgegengesetzte Richtung des Feldes, während sie mit den Ionen des Kristalls kollidieren.
Wenn das angewendete Feld Null wäre, würde die zufällige Bewegung im Durchschnitt zu einer Nettodrift von Null führen, da die Kollisionen ihre Richtung zufällig ändern würden. Die durchschnittliche Zeit zwischen Kollisionen wird als mittlere freie Zeit bezeichnet.
Die Beschleunigung des Elektrons ist durch die elektrische Kraft über die Masse gegeben. Seine Geschwindigkeit zu einem beliebigen Zeitpunkt wird durch die Anfangsgeschwindigkeit, die Beschleunigung und die Zeit ausgedrückt.
Die Mittelung beider Seiten über die Kollisionen ergibt die durchschnittliche Geschwindigkeit. Da die durchschnittliche Drift durch Kollisionen jedoch Null ist, ist die Driftgeschwindigkeit durch das Produkt aus Beschleunigung und mittlerer freier Zeit gegeben.
Unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Stromdichte und der Driftgeschwindigkeit wird die Stromdichte mit dem elektrischen Feld in Beziehung gesetzt, was das Ohmsche Gesetz ist.
Die elektrische Leitfähigkeit wird also durch die Anzahl der freien Elektronen pro Volumeneinheit, die Ladung und Masse des Elektrons und die mittlere freie Zeit ausgedrückt.
Die Leitung freier Elektronen innerhalb eines Leiters wird am besten durch die Quantenmechanik beschrieben. Allerdings liefert ein klassisches Modell…
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