Strom bergab schneller?

Question

Fließt Strom bergab schneller?
Die einzelnen Elektronen im Leiter haben ja schließlich auch eine Masse und müssten somit theoretisch auch auf die Erdanziehungskraft reagieren. Oder nich?

Answer 1

Ich muss sagen, dass ChacMool und gewetz bisher die besten Antworten geliefert haben. Aber ein guter Physiker hat auch immer Einwände :)
Denn unabhängig von der Masse müsste jeder Stoff (auch Elektronen, die sehr wohl auch gravitative Teilcheneigenschaften haben) mit 9,81m/s² zum Erdmittelpunkt hin beschleunigt werden. In einer evakuierten Röhre fällt ein Metallstück genausoschnell nach unten wie eine Feder...

Von daher muss ich sagen: Hut ab, bisher eine der besten und berechtigtsten Fragen im Physikbereich hier!


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*Edit*: Ich hab heut den Physikprof meines Vertrauens gefragt: Es stimmt! Elektronen sind von der Gravitation nicht ausgeschlossen und "fließen" deshalb abwärts schneller als aufwärts. Da aber die Gravitation im Gegensatz zur elektromagnetischen Kraft (also hier die Anziehung vom Pluspol) sehr gering ist, ist der Effekt nicht wirklich groß, aber vorhanden.

Answer 2

So einfach kann man das nicht abtun. Zunächst mal: Das Wandern von "Lücken" ist Ingenieurwissen aus dem vorletzten Jahrhundert. Die Elektronen werden zum Plus-Pol hin beschleunigt, bzw. schwingen im Takt des Wechselfeldes. Ob sie dabei Materie-oder Welleneigenschaften zeigen, ist nicht von Bedeutung. Teilweise zeigen sie jedenfalls Materieeigenschaften, sonst käme es nicht zu den Reibungseffekten (Erwärmung, Widerstand). Nach dem Bändermodell für metallische Leiter sind es delokalisierte Elektronen, die sich um die Rumpfatome herum und vorbei bewegen. Da sie Masse haben - wenn auch nur eine sehr kleine - wirkt auch die Gravitation auf sie und theoretisch müssten sie zur Erde hin beschleunigt werden. Da es sich aber um sehr geringe Massen handelt und die Gravitationskraft zu den sehr schwachen Wechselwirkungen gehört, ist die Auswirkung so klein, dass man sie immer vernachlässigen kann. Die Gravitationskraft wid auch bei Betrachtungen der Wechselwirkungen zwischen Kern und Elektronen nicht berücksichtigt. Klar, die Masse der Erde ist schon wesentlich größer, aber wie oben schon von einem Vorredner ausgeführt, ist auch dann die Anziehungskraft gegenüber der Kraft des elektrischen Feldes vernachlässigbar klein und wahrscheinlich mit unseren Messgeräten nicht zu erfassen.
Prinzipiell ist es aber wurscht, warum sich die Elektronen im Feld wie bewegen - die Gravitation wirkt unabhängig davon. Ich kenne noch keine Konstruktion oder ein Material, das Gravitationskräfte abschirmt.
Aber ich lasse mich gerne belehren.
Vielleicht sollte man das Ganze mal bei Supraleitern untersuchen, wo Leiterwiderstände fast gegen Null gehen.

Answer 3

Das Gravitationsfeld der Erde ist zu schwach, um wirklich eine Rolle zu spielen. Ein Zahlenbeispiel:

Um ein Elektron im Schwerefeld der Erde 100m in die Höhe zu heben braucht man die Energie
W = mgh = 9,1*10^-31 kg * 9,81 m/s^2 * 100 m = 8,9*10^-28 Joule

Durchläuft das selbe Elektron eine Potenzialdifferenz von nur 1 Volt, so hat es eine Energie
W = QU = 1,6 * 10^-19 Joule, also das 180 Million-fache.

Answer 4

Witzige Frage, aber die falsche Konsequenz. Strom ist nicht das wandern der Elektronen sondern das wandern der Lücken. Folglich müsste der Stom bergauf schneller fliessen.
Ich gehe allerdings davon aus das dies nicht der Fall ist oder wenn dann ausserhalb des messbaren Bereiches.

Answer 5

Ja du hast Recht, aber es ist fast nicht messbar.
Strom ist nicht nur was in einem Kabel ist, es konnte auch die Elektronstrom zwischen zwei Metallplatten mit Spannung=U über sein, ein sogenannt Kondensator, und wenn man diese Metallplatten in einem konstanten Gravititationsfeld (g) aufstellen, wie die Skitze demonstrieren:

Negativ geladen
============
/\...................../\
s..........e.........U.......g
\/.....................\/.......\/

============
Positiv geladen

E ist die Elektrostatischefeld
s ist der Abstand zwischen die Platten

wird die Gleichung der Elekronbewegung

F=m(e)*acc=
m(e)*g+e*E=
m(e)*g+e*U/s

Also du hast Recht!

Answer 6

Hallo,
Nein, da Elektronen sich verhalten wie ein Teil einer Welle, zum Teil wie ein Teilchen. (Der Dualismus der Elektronen)
Da Elektronen keine feste Materiekügelchen sind, ist ihr Verhalten auch anders.
Daher ist das verhalten nicht wie bei ein massebehafteten Teilchen,
es Verhält sich wie eine stehende Materiewelle.

mfg

Answer 7

Strom fließt bergab soweit ich weiß schneller, wegen deiner Begründung, 100 % sicher bin ich mir allerdings nicht.

Answer 8

das würde bedeuten das der strom ewig brauch bis er in hochhäusern oben ankommt.
also nich, auch wenn mein beispiel fachlich unkorrekt ist.

Answer 9

Jein ;-)

Die Gravitation ist so viel kleiner als die elektromagnetische Wechselwirkung, daß es keine praktische Relevanz hat. Aber als Gedankenexperiment ist es sehr schön.

Es wurde ja schon gesagt, daß der Strom über die positiven Ladungsträger, die Löcher definiert wird. Also müßte Strom bergan schneller fließen. Aber das ist nebensächlich.

Aber ich würde den Unterschied nicht über die Geschwindigkeit definieren, viel mehr über den Widerstand. Über die Knotenregel muß in einen Knoten immer so viel Strom hinein fließen wie hinaus. Man bedarf also einer zusätzlichen Berganleitung, um das zu gewährleisten. Auf dieser Leitung müßte es dann eben entgegengesetz wirken, je nach dem, ob man Elektronen oder Löcher betrachtet.

Ginge man davon aus, daß auf der einen Strecke der Strom schnell flösse als auf der anderen, dann würdesich ja Ober (oder Unten) der "Strom" sammeln oder besser der Ladungsträger. Das passiert jedoch nicht(, wenn man nicht neben nur ein Spannungswuelle hätte und damit ein Kondensator läd).

Also muß man den Unterschied wo anders suchen. Ich würde ihn im Widerstand der Leitung suchen, weil sich dort wiederspiegelt, ob die Gravitation mit oder entgegen der Spannung arbeitet.

Dann hätten nicht beide Leitungen 50 % des Widerstandes sonder die einen 50,0000000001 % und die andere 49,999999999 %.

Da die Gravitation aber mehr als 30 Größenordnung schwächer ist als die Elektromagnetische Wechselwirkung, müßten da eigentlich viel mehr 9en oder 0en stehen.

Answer 10

Wahrscheinlich-spielt aber bei normaler Erdschwere keine Rolle. Ein Energiegewinn ist dadurch sicher nicht möglich, weil der Strom im geschlossenen Kreis irgendwo auch wieder bergauf muss und dann die Summe der möglichen Momente wieder Null wird.

Um Ladungen in einem Metall (in Eisen) durch "Schwerkraft", oder Massebeschleunigung zu trennen, dass eine nennenswerte Spannung entsteht, muss man entweder mit einem Hammer gezielt in einer Richtung dagegen schlagen, oder eine Scheibe extrem schnell in Drehung versetzen, um über die Zentrifugalkraft die Ladungstrennung zu erreichen. Ich weis aber nicht, ob es dafür reale Maschinen gibt. Ich kenne beides auch nur als Gedankenexperiment.