Aufgabe 4.3
Stromdichte, Feldstärke, Elektrizitätsleitung
In einem Kupferdraht von \( d = 1{,}5 \, \mathrm{mm} \) Durchmesser fließt ein Strom \( \mathrm{I} = 5{,}30 \, \mathrm{A} \). Die Elektronendichte beträgt \( n = 8,5 · 10^{19}\mathrm{mm}^{-3} \), die Leitfähigkeit ist \( κ = 56,8 · 10^6 \, \mathrm{A/Vm} \), die Elementarladung ist \( e = 1{,}602 · 10^{-19} \mathrm{C} \).
Berechnen Sie die Driftgeschwindigkeit \( v \) der Elektronen, die Feldstärke \( E \), die Kraft \( F_\mathrm{e} \) auf die Elektronen, die Stromdichte \( J \).
Für ein \( l = 1 \, \mathrm{m} \) langes Leiterstück ist weiter zu berechnen die Anzahl \( N \) der Elektronen im Leiterstück, die Verschiebearbeit \( \mathrm{Δ}W_\mathrm{e} \),
die beim Durchschieben einen Elektrons durch das Leiterstück zu leisten ist, die gesamte Arbeit \( \mathrm{Δ}W \) beim Verschieben des Elektronenvolumens des Leiterstückes durch
den Leiterquerschnitt, die Spannung \( U \) über der Länge \( l \), die Laufzeit \( \mathrm{Δ}t \) eines Elektrons für die Länge \( l \), die im Leiterstück
umgesetzte Leistung \( P \).
(Hinweis: \( P = \mathrm{Δ}W/\mathrm{Δ}t \))
Ordnen Sie die gesuchten Größen durch Anklicken als Schrittfolge (Lösungsplan), in der Sie die Berechnung der Größen vornehmen wollen!
(Bedienhinweise)
