(ET1-12) Die Effekte einer Ladungsträgerbewegung [Grundlagen, Beispiele, Videoclips]

In diesem Kurstext erklären wir dir ausführlich, welche Effekte bei der Bewegung von Ladungsträgern auftreten können und wie diese zu bewerten sind.

Darüber hinaus erfährst du, wo diese Effekte entstehen sowie auftreten.

Außerdem stellen wir dir Materialien vor bei denen diese Effekte ausbleiben.

Für ein optimales Verständnis helfen dir in diesem Kursabschnitt drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET1-Grundlagen der Elektrotechnik

Effekte einer Ladungsträgerbewegung – Definition

Effekte von Ladungsträgern (Proton, Elektron)

Merk’s dir!

Bewegte Ladungen haben eine Wirkung auf die Medien (Leitermaterialien). Denn durch diese sie sich bewegen.

Die Effekte der Ladungsträgerbewegung – Beispiele

Die Effekte auf die verwendeten Werkstoffe oder Leitermaterialien können, wie nachfolgend aussehen:

Magnetischer Effekt

Die bewegten Ladungen im Leiter erzeugen ein Magnetfeld um den Leiter herum. Zumeist kann man diesen Effekt bei Spulen in Generatoren nachweisen. Dieses Thema behandeln wir besonders intensiv im Kurs ET5 Magnetische Felder.

Thermischer Effekt

Die Bewegung der Ladungen bewirken eine Erwärmung des elektrischen Leiters. Elektroheizungen nutzen dieses elektrische Phänomen demnach aus.

Chemischer Effekt

Die bewegten Ladungsträger verursachen einen Stofftransport im leitenden Material. Besonders bei der Gewinnung von Kupfer in einem Elektrolyten macht man sich diesen Effekt zunutze.

Lichteffekt

Die Bewegung der Ladungsträger verursacht Lichtwellen. Dieser Effekt lässt sich besonders gut bei Blitzen beobachten. Auch die Drähte aus Wolfram in Glühbirnen erleuchten mit dem entsprechenden Gas einen Raum.

Videoclip: Induktion

Im nächsten Video findest du noch mal eine Zusammenfassung des Kurstextes und zusätzliche Informationen zum magnetischen Effekt als Vorschau auf den Elektromagnetismus und spezielle die Induktion.

Lernclip

Induktion

Isolatoren, Halbleiter, Leiter – Unterscheidung

Effekte der Ladungsträgerbewegung in Isolatoren der Stromnetztechnik

Nicht jedes Element oder nicht jeder Stoff besitzt einen der oben aufgelisteten Effekte auf.

Ich fühle mich isoliert…

Die betroffenen Stoffe haben eine sehr geringe Anzahl von Ladungsträgern in einen Bezugsraum ( cm³). Bei den Ladungsträgern handelt es sich hier um freie Elektronen.

Die richtige Bezeichnung für diese Stoffe ist Isolatoren.

Merk’s dir!

Es ist Fakt, dass die meisten Isolatoren, die in der Elektrotechnik oder in der Energietechnik eingesetzt werden, aus Kunststoffen oder aus Keramiken bestehen.

Wer die Wahl hat…

Gerade in der Elektrotechnik steht der Techniker immer vor der Entscheidung, welches Material eignet sich für meinen Schaltkreis besonders gut als

Leiter,

sowie als

Halbleiter

oder vielleicht als

Isolator.

Anzahl freier Elektronen – Ladungsträgerbewegung

Welcher Stoff welcher Gruppe angehört, das entscheidet sich wie bereits erwähnt an der Anzahl von freien Elektronen bezogen auf einen Kubikzentimeter (cm³). Hier gilt entsprechend:

$\text{Leiter → } > 1 \cdot 10^18 cm^{-3}$

sowie

$\text{Halbleiter → } <= 1 \cdot 10^18 cm^{-3} \text{ sowie } > 1 \cdot 10^{10} cm^{-3}$

sowie

$\text{Isolator → } <= 1 \cdot 10^9 cm^{-3} \text{ sowie } > 1 \cdot 10^{7} cm^{-3}$

Davon ausgehend können wir festhalten, dass in der Industrie fast alle Leiter ein Metall als Leiterstoff besitzen.

Denn Metalle besitzen gegenüber anderen Stoffen sehr viele freie Elektronen, die zur Bewegung angeregt werden können.

Effekte der Ladungsträgerbewegung im Umspannwerk mit Kunstelementen

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du nun die Effekte kennengelernt hast, möchten wir dir im nächsten Kurstext ausführlich erklären was der elektrischen Strom ist. Außerdem zeigen wir dir die zugehörigen sowie notwendigen Größen und Einheiten im Detail. Alternativ spricht man auch von der elektrischen Stromstärke.

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