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Ein Lernender !
Uns wurde folgende Aufgabe gestellt.
Ich stehe auf dem Schlauch und weiß nicht, wie man diese Aufgabe angehen soll.
Ich brauche Ansätze. Wie kann man die Aufgabe lösen ?

Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien Elektronen in einer 10 m langen Leitung
mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?

Für jeden Vorschlag bin ich sehr dankbar

» Ich brauche Ansätze.
Driftgeschwindigkeit.

Das Ergebnis wird überraschend groß ausfallen, dafür das "Strom sofort da ist, wenn er eingeschaltet wird"

» Ein Lernender !
» Uns wurde folgende Aufgabe gestellt.
» Ich stehe auf dem Schlauch und weiß nicht, wie man diese Aufgabe angehen
» soll.
» Ich brauche Ansätze. Wie kann man die Aufgabe lösen ?
»
» Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?
»
» Für jeden Vorschlag bin ich sehr dankbar

Angenommen es handelt sich um einen Kupferdraht:
Dichte von Kupfer, Atomgewicht, 1 freies Elektron pro Atom ==> Anzahl freier Elektronen kann daraus berechnet werden.
Anzahl Elektronen durch Leiterquerschnitt pro Sekunde bei 1 Ampere... das hat der Physiker Andre-Marie Ampere schon ermittelt...6,24 Trillionen (6.240.000.000.000.000.000)

Jetzt kannst du deine Zeit ausrechnen.

» Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?

Die Frage zeugt von grundlegendem Unverständnis des Lehrers. Elektronen sind nicht unterscheidbar.

» Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?

evtl. knapp vier Tage (3,94 Tage)

Volumen der Leitung
2.5×10 hoch −5 Kubikmeter

Annahme der Elektronendichte
8.5×10 hoch 28 freie Elektronen pro Kubikmeter

Anzahl freier Elektronen in der Leitung
2.125×10 hoch 24 Elektronen

Berechnung der Zeit für den Austausch aller Elektronen:
Ein Strom von 1 Ampere entspricht einem Fluss von
6.242×10 hoch 18 Elektronen pro Sekunde

Zeit = Anzahl der Elektronen / Elektronen pro Sekunde
t = 2.125×10 hoch 24 / (6.242×10 hoch 18 ) = 3.4×10 hoch 5 Sekunden = 3,94 Tage

stimmt das?

» stimmt das?

Es ist eine unsinnige Rechnung. Es handelt sich nicht um im Gleichschritt marschierende Soldaten, sondern um Elektronen.

» » stimmt das?
»
» Es ist eine unsinnige Rechnung. Es handelt sich nicht um im Gleichschritt
» marschierende Soldaten, sondern um Elektronen.

Auf Grund der Unsinnigkeit vermute ich eine Fangfrage.

1000cm * 0.025cm²=25 cm³

==> 25 cm³ 8.96 g/cm³ = 224g
==> 224g / 63.546 g/mol = 3.525 Mol
==> 6.02214 10²³/Mol * 3.525 Mol = 1.7084085 10^23 Atome
1 freies Elektron pro Atom

Bei 1 Ampere fliessen pro Sekunde 6.24 10^18 durch einen Leiterquerschnitt.
Also 1.7084085 10^23 / 6.24 10^18/s = 27378 s => 7.6h

» 1000cm * 0.025cm²=25 cm³
»
» ==> 25 cm³ 8.96 g/cm³ = 224g
» ==> 224g / 63.546 g/mol = 3.525 Mol
» ==> 6.02214 10²³/Mol * 3.525 Mol = 2,12258043 10^24 Atome
» 1 freies Elektron pro Atom
»
» Bei 1 Ampere fliessen pro Sekunde 6.24 10^18 durch einen
» Leiterquerschnitt.
» Also 2,1228043 10^24 / 6.24 10^18/s ==> 3,937 Tage

Im anderen Posting hatte ich mich vertippt

» 3,94 Tage
»
» stimmt das?

Ich war zu faul (und zu doof zum rechnen) und habe deshalb ChatGBT befragt.
Stimmt.

Trotzdem meine Frage: Was ist das für eine Ausbildung und wozu braucht man diesen Unsinn?

» Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?
Etwa 0,2ns

» » Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» » Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» » mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?

» Etwa 0,2ns
Mit überlichtschnellen Elektronen wäre das möglich...

» » » Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle freien
» » » Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» » » mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?
»
» » Etwa 0,2ns
» Mit überlichtschnellen Elektronen wäre das möglich...
Trugschluss. Es sind nur 10m

» » » » Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle
» freien
» » » » Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» » » » mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?
» »
» » » Etwa 0,2ns
» » Mit überlichtschnellen Elektronen wäre das möglich...
» Trugschluss. Es sind nur 10m

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist ca. 3*10e8 m/s.
Für 1m benötigt das Licht also 3,3 ns; für 10m -> 33ns.
Die Elektronen sind sicher langsamer unterwegs...

» » » » » Wie lange müsste ein Gleichstrom von 1 Ampere fließen, um alle
» » freien
» » » » » Elektronen in einer 10 m langen Leitung
» » » » » mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmillimeter auszutauschen ?
» » »
» » » » Etwa 0,2ns
» » » Mit überlichtschnellen Elektronen wäre das möglich...
» » Trugschluss. Es sind nur 10m
»
» Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist ca. 3*10e8 m/s.
» Für 1m benötigt das Licht also 3,3 ns; für 10m -> 33ns.
» Die Elektronen sind sicher langsamer unterwegs...

Wenn sie "nur eine Stelle" weiterrücken sind sie bereits ausgetauscht, alle...
Die Strecke ist eher in nm, oder pm zu messen.

Gruß Steffen

» Wenn sie "nur eine Stelle" weiterrücken sind sie bereits ausgetauscht, alle...
» Die Strecke ist eher in nm, oder pm zu messen.
Sag ich doch. Ich lag sogar noch zu hoch