[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki27\/2021\/07\/09\/elektrischer-strom-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki27\/2021\/07\/09\/elektrischer-strom-wikipedia\/","headline":"Elektrischer Strom \u2013 Wikipedia","name":"Elektrischer Strom \u2013 Wikipedia","description":"before-content-x4 Elektrischer Ladungsfluss Elektrischer Strom Ein einfacher Stromkreis, bei dem der Strom durch den Buchstaben . dargestellt wird ich. 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Die Beziehung zwischen Spannung (V), Widerstand (R) und Strom (I) ist V=IR;  dies ist als Ohmsches Gesetz bekannt.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Gemeinsame SymboleichSI-EinheitAmpereAbleitungen vonandere Mengen       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4ich=VR,ich=Qt{displaystyle I={V over R},I={Q over t}}Abmessungenich{displaystyle {mathsf {I}}}Ein elektrischer Strom ist ein Strom geladener Teilchen wie Elektronen oder Ionen, der sich durch einen elektrischen Leiter oder Raum bewegt.  Sie wird als Nettofluss elektrischer Ladung durch eine Oberfl\u00e4che oder in ein Kontrollvolumen gemessen.[1]:2[2]:622  Die sich bewegenden Partikel werden Ladungstr\u00e4ger genannt, die je nach Leiter eine von mehreren Arten von Partikeln sein k\u00f6nnen.  In elektrischen Schaltkreisen sind die Ladungstr\u00e4ger oft Elektronen, die sich durch einen Draht bewegen.  In Halbleitern k\u00f6nnen dies Elektronen oder L\u00f6cher sein.  In einem Elektrolyten sind die Ladungstr\u00e4ger Ionen, w\u00e4hrend sie im Plasma, einem ionisierten Gas, Ionen und Elektronen sind.[3]Die SI-Einheit des elektrischen Stroms ist Ampere oder Ampere, das ist der elektrische Ladungsfluss \u00fcber eine Oberfl\u00e4che mit einer Geschwindigkeit von einem Coulomb pro Sekunde.  Das Ampere (Symbol: A) ist eine SI-Basiseinheit[4]:f\u00fcnfzehn  Der elektrische Strom wird mit einem Ger\u00e4t namens Amperemeter gemessen.[2]:788       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Elektrische Str\u00f6me erzeugen Magnetfelder, die in Motoren, Generatoren, Induktivit\u00e4ten und Transformatoren verwendet werden.  In gew\u00f6hnlichen Leitern verursachen sie eine Joulesche Erw\u00e4rmung, die in Gl\u00fchbirnen Licht erzeugt.  Zeitver\u00e4nderliche Str\u00f6me senden elektromagnetische Wellen aus, die in der Telekommunikation zum Senden von Informationen verwendet werden.Table of ContentsSymbolKonventionenReferenzrichtungOhm’sches GesetzWechsel- und GleichstromEreignisseStrommessungWiderstandsheizungElektromagnetismusElektromagnetElektromagnetische InduktionRadiowellenLeitungsmechanismen in verschiedenen MedienMetalleElektrolyteGase und PlasmenVakuumSupraleitungHalbleiterStromdichte und Ohmsches GesetzDriftgeschwindigkeitSiehe auchAnmerkungenVerweiseSymbolDas konventionelle Symbol f\u00fcr Strom ist ich, die aus dem franz\u00f6sischen Ausdruck stammt intensit\u00e9 du courant, (Stromst\u00e4rke).[5][6]  Stromst\u00e4rke wird oft einfach als Strom.[7]    Das ich  Das Symbol wurde von Andr\u00e9-Marie Amp\u00e8re, nach dem die Einheit des elektrischen Stroms benannt ist, bei der Formulierung des Amp\u00e8reschen Kraftgesetzes (1820) verwendet.[8]    Die Notation wanderte von Frankreich nach Gro\u00dfbritannien, wo sie zum Standard wurde, obwohl sich mindestens eine Zeitschrift durch die Verwendung nicht \u00e4nderte C  zu ich  bis 1896.[9]Konventionen  Die Elektronen, die Ladungstr\u00e4ger in einem Stromkreis, flie\u00dfen entgegengesetzt zum herk\u00f6mmlichen elektrischen Strom.  In einem leitf\u00e4higen Material werden die sich bewegenden geladenen Teilchen, die den elektrischen Strom bilden, als Ladungstr\u00e4ger bezeichnet.  In Metallen, die die Dr\u00e4hte und anderen Leiter in den meisten Stromkreisen bilden, werden die positiv geladenen Atomkerne der Atome in einer festen Position gehalten, und die negativ geladenen Elektronen sind die Ladungstr\u00e4ger, die sich im Metall frei bewegen k\u00f6nnen.  In anderen Materialien, insbesondere Halbleitern, k\u00f6nnen die Ladungstr\u00e4ger positiv sein oder negativ, je nach verwendetem Dotierstoff.  Es k\u00f6nnen sogar gleichzeitig positive und negative Ladungstr\u00e4ger vorhanden sein, wie dies bei einem Elektrolyten in einer elektrochemischen Zelle der Fall ist.Ein positiver Ladungsfluss gibt den gleichen elektrischen Strom und hat in einem Stromkreis die gleiche Wirkung wie ein gleicher negativer Ladungsfluss in die entgegengesetzte Richtung.  Da Strom der Fluss positiver oder negativer Ladungen oder beides sein kann, ist eine Konvention f\u00fcr die Stromrichtung erforderlich, die unabh\u00e4ngig von der Art der Ladungstr\u00e4ger ist.  Die Richtung von konventioneller Strom ist willk\u00fcrlich definiert als die Richtung, in der positive Ladungen flie\u00dfen.  Negativ geladene Ladungstr\u00e4ger, wie beispielsweise die Elektronen (die Ladungstr\u00e4ger in Metalldr\u00e4hten und vielen anderen elektronischen Schaltungskomponenten), flie\u00dfen daher in einer elektrischen Schaltung in entgegengesetzter Richtung zum herk\u00f6mmlichen Stromfluss.ReferenzrichtungEin Strom in einem Draht- oder Schaltungselement kann in eine von zwei Richtungen flie\u00dfen.  Beim Definieren einer Variablen ich{displaystyle I}  Um den Strom darzustellen, muss die Richtung f\u00fcr den positiven Strom angegeben werden, in der Regel durch einen Pfeil im Schaltplan.[a]:13    Das nennt man Referenzrichtung des Stroms ich{displaystyle I}.  Bei der Analyse elektrischer Schaltungen ist die tats\u00e4chliche Stromrichtung durch ein bestimmtes Schaltungselement normalerweise unbekannt, bis die Analyse abgeschlossen ist.  Folglich werden die Bezugsrichtungen von Str\u00f6men oft willk\u00fcrlich zugewiesen.  Wenn die Schaltung gel\u00f6st ist, bedeutet ein negativer Wert f\u00fcr den Strom, dass die tats\u00e4chliche Stromrichtung durch dieses Schaltungselement der gew\u00e4hlten Bezugsrichtung entgegengesetzt ist.[b]:29Ohm’sches GesetzDas Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Potenzialdifferenz an den beiden Punkten ist.  Einf\u00fchrung der Proportionalit\u00e4tskonstante, des Widerstands,[11]  gelangt man zu der \u00fcblichen mathematischen Gleichung, die diesen Zusammenhang beschreibt:[12]ich=VR{displaystyle I={frac {V}{R}}}wo ich ist der Strom durch den Leiter in Ampereeinheiten, V ist die gemessene Potentialdifferenz \u00fcber der Leiter in Volt, und R ist der Widerstand des Leiters in Ohm.  Genauer gesagt besagt das Ohmsche Gesetz, dass die R in dieser Beziehung ist konstant, unabh\u00e4ngig vom Strom.[13]Wechsel- und GleichstromIn Wechselstromsystemen (AC) kehrt die Bewegung der elektrischen Ladung periodisch die Richtung um.  Wechselstrom ist die am h\u00e4ufigsten an Unternehmen und Wohnungen gelieferte Form von elektrischem Strom.  Die \u00fcbliche Wellenform eines Wechselstromkreises ist eine Sinuswelle, obwohl bestimmte Anwendungen alternative Wellenformen verwenden, wie beispielsweise Dreiecks- oder Rechteckwellen.  Audio- und Funksignale, die auf elektrischen Leitungen \u00fcbertragen werden, sind ebenfalls Beispiele f\u00fcr Wechselstrom.  Ein wichtiges Ziel bei diesen Anwendungen ist die Wiederherstellung verschl\u00fcsselter (oder moduliert) auf das AC-Signal.Im Gegensatz dazu bezieht sich Gleichstrom (DC) auf ein System, in dem sich die elektrische Ladung nur in eine Richtung bewegt (manchmal als unidirektionaler Fluss bezeichnet).  Gleichstrom wird durch Quellen wie Batterien, Thermoelemente, Solarzellen und elektrische Maschinen vom Kommutatortyp vom Dynamotyp erzeugt.  Wechselstrom kann auch durch Verwendung eines Gleichrichters in Gleichstrom umgewandelt werden.  Gleichstrom kann in einem Leiter wie einem Draht flie\u00dfen, kann aber auch durch Halbleiter, Isolatoren oder sogar durch ein Vakuum wie bei Elektronen- oder Ionenstrahlen flie\u00dfen.  Ein alter Name f\u00fcr Gleichstrom war galvanischer Strom.[14]EreignisseNat\u00fcrlich beobachtbare Beispiele f\u00fcr elektrischen Strom sind Blitze, statische elektrische Entladungen und der Sonnenwind, die Quelle der Polarlichter.Zu den vom Menschen verursachten Vorkommen von elektrischem Strom geh\u00f6ren der Fluss von Leitungselektronen in Metalldr\u00e4hten wie den Freileitungen, die elektrische Energie \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen liefern, und den kleineren Dr\u00e4hten in elektrischen und elektronischen Ger\u00e4ten.  Wirbelstr\u00f6me sind elektrische Str\u00f6me, die in Leitern auftreten, die wechselnden Magnetfeldern ausgesetzt sind.  Ebenso treten elektrische Str\u00f6me insbesondere in der Oberfl\u00e4che von Leitern auf, die elektromagnetischen Wellen ausgesetzt sind.  Wenn oszillierende elektrische Str\u00f6me mit den richtigen Spannungen innerhalb von Funkantennen flie\u00dfen, werden Funkwellen erzeugt.In der Elektronik umfassen andere Formen des elektrischen Stroms den Fluss von Elektronen durch Widerst\u00e4nde oder durch das Vakuum in einer Vakuumr\u00f6hre, den Fluss von Ionen in einer Batterie oder einem Neuron und den Fluss von L\u00f6chern in Metallen und Halbleitern.StrommessungDer Strom kann mit einem Amperemeter gemessen werden.Elektrischer Strom kann direkt mit einem Galvanometer gemessen werden, aber bei dieser Methode wird der Stromkreis unterbrochen, was manchmal unpraktisch ist.Der Strom kann auch gemessen werden, ohne den Stromkreis zu unterbrechen, indem das mit dem Strom verbundene Magnetfeld erfasst wird.  Ger\u00e4te auf Schaltungsebene verwenden verschiedene Techniken zur Strommessung:WiderstandsheizungJoulesche Erw\u00e4rmung, auch bekannt als Ohmsche Heizung und Widerstandsheizung, ist der Prozess der Verlustleistung[17]:36  bei dem der Durchgang eines elektrischen Stroms durch einen Leiter die innere Energie des Leiters erh\u00f6ht,[18]:846  Umwandlung thermodynamischer Arbeit in W\u00e4rme.[18]:846, fn.  5  Das Ph\u00e4nomen wurde erstmals 1841 von James Prescott Joule untersucht. Joule tauchte ein St\u00fcck Draht in eine feste Wassermasse und ma\u00df 30 Minuten lang den Temperaturanstieg aufgrund eines bekannten Stroms durch den Draht.  Durch Variation des Stroms und der L\u00e4nge des Drahtes folgerte er, dass die erzeugte W\u00e4rme proportional zum Quadrat des Stroms multipliziert mit dem elektrischen Widerstand des Drahtes war.P\u03b1ich2R{displaystyle Ppropto I^{2}R}Diese Beziehung ist als Joulesches Gesetz bekannt.[17]:36  Die SI-Einheit der Energie wurde sp\u00e4ter Joule genannt und erhielt das Symbol J.[4]:20  Die allgemein bekannte SI-Einheit der Leistung, das Watt (Symbol: W), entspricht einem Joule pro Sekunde.[4]:20ElektromagnetismusElektromagnet  Ein magnetisches Feld wird durch einen elektrischen Strom in einem Solenoid erzeugt.In einem Elektromagneten verh\u00e4lt sich eine Drahtspule wie ein Magnet, wenn ein elektrischer Strom durch sie flie\u00dft.  Beim Abschalten des Stroms verliert die Spule sofort ihren Magnetismus.  Elektrischer Strom erzeugt ein magnetisches Feld.  Das Magnetfeld kann man sich als Muster kreisf\u00f6rmiger Feldlinien vorstellen, die den Draht umgeben und bestehen bleiben, solange Strom anliegt.Elektromagnetische Induktion  Durch den Elektromagneten flie\u00dft ein alternierender elektrischer Strom, der ein sich \u00e4nderndes Magnetfeld erzeugt.  Dieses Feld bewirkt, dass durch elektromagnetische Induktion ein elektrischer Strom in der Drahtschleife flie\u00dft.Magnetfelder k\u00f6nnen auch verwendet werden, um elektrische Str\u00f6me zu erzeugen.  Wenn ein sich \u00e4nderndes Magnetfeld an einen Leiter angelegt wird, wird eine elektromotorische Kraft (EMF) induziert,[18]:1004  die einen elektrischen Strom in Gang setzt, wenn ein geeigneter Pfad vorhanden ist.RadiowellenWenn ein elektrischer Strom bei Hochfrequenzen in einem geeignet geformten Leiter flie\u00dft, k\u00f6nnen Funkwellen erzeugt werden.  Diese bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und k\u00f6nnen in entfernten Leitern elektrische Str\u00f6me verursachen.Leitungsmechanismen in verschiedenen MedienIn metallischen Festk\u00f6rpern flie\u00dft elektrische Ladung mittels Elektronen von niedrigeren zu h\u00f6heren elektrischen Potentialen.  In anderen Medien kann jeder Strom geladener Objekte (z. B. Ionen) einen elektrischen Strom darstellen.  Um den Strom unabh\u00e4ngig von der Art der Ladungstr\u00e4ger zu definieren, konventioneller Strom ist definiert als Bewegung in die gleiche Richtung wie der positive Ladungsfluss.  In Metallen, in denen die Ladungstr\u00e4ger (Elektronen) negativ sind, verl\u00e4uft der konventionelle Strom also in die entgegengesetzte Richtung zur gesamten Elektronenbewegung.  In Leitern, in denen die Ladungstr\u00e4ger positiv sind, flie\u00dft der konventionelle Strom in die gleiche Richtung wie die Ladungstr\u00e4ger.Im Vakuum kann sich ein Ionen- oder Elektronenstrahl bilden.  In anderen leitf\u00e4higen Materialien entsteht der elektrische Strom durch den gleichzeitigen Fluss von positiv und negativ geladenen Teilchen.  Bei noch anderen ist der Strom vollst\u00e4ndig auf einen positiven Ladungsfluss zur\u00fcckzuf\u00fchren.  Zum Beispiel sind die elektrischen Str\u00f6me in Elektrolyten Str\u00f6me von positiv und negativ geladenen Ionen.  In einer \u00fcblichen elektrochemischen Blei-S\u00e4ure-Zelle bestehen elektrische Str\u00f6me aus positiven Hydroniumionen, die in eine Richtung flie\u00dfen, und negativen Sulfationen, die in die andere Richtung flie\u00dfen.  Elektrische Str\u00f6me in Funken oder Plasma sind Str\u00f6me von Elektronen sowie positiven und negativen Ionen.  In Eis und in bestimmten Festelektrolyten besteht der elektrische Strom vollst\u00e4ndig aus flie\u00dfenden Ionen.MetalleIn einem Metall sind einige der \u00e4u\u00dferen Elektronen in jedem Atom nicht an die einzelnen Molek\u00fcle gebunden wie bei molekularen Festk\u00f6rpern oder in vollen B\u00e4ndern wie bei isolierenden Materialien, sondern k\u00f6nnen sich innerhalb des Metallgitters frei bewegen.  Diese Leitungselektronen k\u00f6nnen als Ladungstr\u00e4ger dienen und einen Strom f\u00fchren.  Metalle sind besonders leitf\u00e4hig, weil es viele dieser freien Elektronen gibt, typischerweise eines pro Atom im Gitter.  Wenn kein externes elektrisches Feld angelegt wird, bewegen sich diese Elektronen aufgrund der thermischen Energie zuf\u00e4llig, aber im Durchschnitt gibt es keinen Nettostrom innerhalb des Metalls.  Bei Raumtemperatur betr\u00e4gt die durchschnittliche Geschwindigkeit dieser zuf\u00e4lligen Bewegungen 106 Meter pro Sekunde.[19]  Bei einer Oberfl\u00e4che, die ein Metalldraht durchquert, bewegen sich Elektronen mit gleicher Geschwindigkeit in beide Richtungen \u00fcber die Oberfl\u00e4che.  Wie George Gamow in seinem popul\u00e4rwissenschaftlichen Buch schrieb: Eins, Zwei, Drei…Unendlich (1947), “Die metallischen Stoffe unterscheiden sich von allen anderen Materialien dadurch, dass die \u00e4u\u00dferen Schalen ihrer Atome eher lose gebunden sind und oft eines ihrer Elektronen frei lassen. So ist das Innere eines Metalls mit einem gro\u00dfen Ungebundene Elektronen, die sich ziellos wie eine Schar Vertriebener bewegen.Wenn ein Metalldraht an seinen gegen\u00fcberliegenden Enden einer elektrischen Kraft ausgesetzt wird, sausen diese freien Elektronen in Richtung der Kraft und bilden so einen sogenannten elektrischen Strom. ”Wenn ein Metalldraht zwischen den beiden Anschl\u00fcssen einer Gleichspannungsquelle wie einer Batterie angeschlossen wird, legt die Quelle ein elektrisches Feld \u00fcber den Leiter.  In dem Moment, in dem der Kontakt hergestellt wird, werden die freien Elektronen des Leiters unter dem Einfluss dieses Feldes gezwungen, in Richtung des Pluspols zu driften.  Die freien Elektronen sind daher die Ladungstr\u00e4ger in einem typischen massiven Leiter.F\u00fcr einen stetigen Ladungsfluss durch eine Oberfl\u00e4che ist der Strom ich (in Ampere) l\u00e4sst sich mit folgender Gleichung berechnen:ich=Qt,{displaystyle I={Q over t},,}wo Q ist die elektrische Ladung, die \u00fcber eine Zeit durch die Oberfl\u00e4che \u00fcbertragen wird t.  Wenn Q und t werden in Coulomb bzw. Sekunden gemessen, ich ist in Ampere.Allgemeiner kann elektrischer Strom als die Geschwindigkeit dargestellt werden, mit der Ladung durch eine gegebene Oberfl\u00e4che flie\u00dft, als:ich=dQdt.{displaystyle I={frac {mathrm {d} Q}{mathrm {d} t}},.}Elektrolyte  Elektrische Str\u00f6me in Elektrolyten sind Str\u00f6me von elektrisch geladenen Teilchen (Ionen).  Wenn zum Beispiel ein elektrisches Feld \u00fcber eine L\u00f6sung von Na . angelegt wird+ und Cl\u2212 (und die Bedingungen sind richtig) bewegen sich die Natriumionen in Richtung der negativen Elektrode (Kathode), w\u00e4hrend sich die Chloridionen in Richtung der positiven Elektrode (Anode) bewegen.  An beiden Elektrodenoberfl\u00e4chen finden Reaktionen statt, die jedes Ion neutralisieren.Wassereis und bestimmte Festelektrolyte, die als Protonenleiter bezeichnet werden, enthalten positive Wasserstoffionen (“Protonen”), die beweglich sind.  In diesen Materialien bestehen elektrische Str\u00f6me aus sich bewegenden Protonen, im Gegensatz zu den sich bewegenden Elektronen in Metallen.In bestimmten Elektrolytmischungen sind bunte Ionen die beweglichen elektrischen Ladungen.  Der langsame Verlauf der Farbe macht den Strom sichtbar.[20]Gase und PlasmenIn Luft und anderen gew\u00f6hnlichen Gasen unterhalb des Durchbruchsfeldes sind relativ wenige bewegliche Ionen, die von radioaktiven Gasen, ultraviolettem Licht oder kosmischer Strahlung erzeugt werden, die dominierende Quelle der elektrischen Leitung.  Da die elektrische Leitf\u00e4higkeit gering ist, sind Gase Dielektrika oder Isolatoren.  Sobald sich jedoch das angelegte elektrische Feld dem Durchschlagswert n\u00e4hert, werden freie Elektronen durch das elektrische Feld ausreichend beschleunigt, um zus\u00e4tzliche freie Elektronen durch Zusammensto\u00dfen und Ionisieren neutraler Gasatome oder -molek\u00fcle in einem als Lawinendurchbruch bezeichneten Prozess zu erzeugen.  Der Durchschlagsprozess bildet ein Plasma, das gen\u00fcgend bewegliche Elektronen und positive Ionen enth\u00e4lt, um es zu einem elektrischen Leiter zu machen.  Dabei bildet es eine lichtemittierende Leiterbahn, beispielsweise einen Funken, Lichtbogen oder Blitz.Plasma ist der Aggregatzustand, bei dem einige der Elektronen in einem Gas von ihren Molek\u00fclen oder Atomen abgezogen oder “ionisiert” werden.  Ein Plasma kann durch hohe Temperatur oder durch Anlegen eines starken elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes, wie oben erw\u00e4hnt, gebildet werden.  Aufgrund ihrer geringeren Masse beschleunigen die Elektronen in einem Plasma als Reaktion auf ein elektrisches Feld schneller als die schwereren positiven Ionen und tragen daher den Gro\u00dfteil des Stroms.  Die freien Ionen rekombinieren, um neue chemische Verbindungen zu bilden (z [O2 \u2192 2O], die dann rekombinieren, um Ozon zu erzeugen [O3]).[21]VakuumDa ein \u201eperfektes Vakuum\u201c keine geladenen Teilchen enth\u00e4lt, verh\u00e4lt es sich normalerweise wie ein perfekter Isolator.  Metallelektrodenoberfl\u00e4chen k\u00f6nnen jedoch bewirken, dass ein Bereich des Vakuums leitf\u00e4hig wird, indem freie Elektronen oder Ionen entweder durch Feldelektronenemission oder thermionische Emission injiziert werden.  Die thermionische Emission tritt auf, wenn die thermische Energie die Austrittsarbeit des Metalls \u00fcberschreitet, w\u00e4hrend die Feldelektronenemission auftritt, wenn das elektrische Feld an der Oberfl\u00e4che des Metalls hoch genug ist, um ein Tunneln zu verursachen, was zum Aussto\u00df freier Elektronen aus dem Metall in das Vakuum f\u00fchrt.  Zur Erzeugung einer Elektronenwolke werden oft von au\u00dfen beheizte Elektroden verwendet, wie in der Gl\u00fchwendel oder indirekt beheizten Kathode von Vakuumr\u00f6hren.  Kalte Elektroden k\u00f6nnen auch spontan Elektronenwolken durch thermionische Emission erzeugen, wenn kleine gl\u00fchende Bereiche (genannt Kathodenflecken oder Anodenflecken) sind geformt.  Dies sind gl\u00fchende Bereiche der Elektrodenoberfl\u00e4che, die durch einen lokalisierten hohen Strom erzeugt werden.  Diese Bereiche k\u00f6nnen durch Feldelektronenemission initiiert werden, werden dann aber durch lokalisierte thermionische Emission aufrechterhalten, sobald sich ein Vakuumbogen bildet.  Diese kleinen Elektronen emittierenden Bereiche k\u00f6nnen sich auf einer Metalloberfl\u00e4che, die einem hohen elektrischen Feld ausgesetzt ist, ziemlich schnell, sogar explosionsartig bilden.  Vakuumr\u00f6hren und Sprytrons sind einige der elektronischen Schalt- und Verst\u00e4rkungsger\u00e4te, die auf der Vakuumleitf\u00e4higkeit basieren.SupraleitungSupraleitung ist ein Ph\u00e4nomen, bei dem der elektrische Widerstand genau null ist und die Magnetfelder in bestimmten Materialien beim Abk\u00fchlen unter eine charakteristische kritische Temperatur ausgesto\u00dfen werden.  Es wurde von Heike Kamerlingh Onnes am 8. April 1911 in Leiden entdeckt.  Wie Ferromagnetismus und atomare Spektrallinien ist Supraleitung ein quantenmechanisches Ph\u00e4nomen.  Sie zeichnet sich durch den Meissner-Effekt aus, den vollst\u00e4ndigen Auswurf magnetischer Feldlinien aus dem Inneren des Supraleiters beim \u00dcbergang in den supraleitenden Zustand.  Das Auftreten des Meissner-Effekts weist darauf hin, dass Supraleitung nicht einfach als Idealisierung von . verstanden werden kann perfekte Leitf\u00e4higkeit in der klassischen Physik.HalbleiterIn einem Halbleiter ist es manchmal n\u00fctzlich, sich den Strom als Folge des Flusses positiver “L\u00f6cher” vorzustellen (die beweglichen positiven Ladungstr\u00e4ger, an denen dem Halbleiterkristall ein Valenzelektron fehlt).  Dies ist bei einem Halbleiter vom p-Typ der Fall.  Ein Halbleiter hat eine elektrische Leitf\u00e4higkeit, die zwischen der eines Leiters und eines Isolators liegt.  Dies bedeutet eine Leitf\u00e4higkeit ungef\u00e4hr im Bereich von 10-2  bis 104Siemens pro Zentimeter (S\u22c5cm-1).In den klassischen kristallinen Halbleitern k\u00f6nnen Elektronen nur Energien innerhalb bestimmter B\u00e4nder (dh Energieniveaubereiche) haben.  Energetisch liegen diese B\u00e4nder zwischen der Energie des Grundzustands, dem Zustand, in dem Elektronen fest an die Atomkerne des Materials gebunden sind, und der freien Elektronenenergie, letztere beschreibt die Energie, die ein Elektron ben\u00f6tigt, um vollst\u00e4ndig aus dem Material.  Die Energieb\u00e4nder entsprechen jeweils vielen diskreten Quantenzust\u00e4nden der Elektronen, und die meisten Zust\u00e4nde mit niedriger Energie (n\u00e4her am Kern) sind besetzt, bis zu einem bestimmten Band namens Valenzband.  Halbleiter und Isolatoren unterscheiden sich von Metallen dadurch, dass das Valenzband eines jeden Metalls unter normalen Betriebsbedingungen fast mit Elektronen gef\u00fcllt ist, w\u00e4hrend nur sehr wenige (Halbleiter) oder praktisch keine (Isolatoren) davon in den Leitungsband, das Band direkt \u00fcber dem Valenzband.Wie leicht Elektronen im Halbleiter vom Valenzband zum Leitungsband angeregt werden k\u00f6nnen, h\u00e4ngt von der Bandl\u00fccke zwischen den B\u00e4ndern ab.  Die Gr\u00f6\u00dfe dieser Energiebandl\u00fccke dient als willk\u00fcrliche Trennlinie (ca. 4 eV) zwischen Halbleitern und Isolatoren.Bei kovalenten Bindungen bewegt sich ein Elektron durch H\u00fcpfen zu einer benachbarten Bindung.  Das Pauli-Ausschlussprinzip erfordert, dass das Elektron in den h\u00f6heren antibindenden Zustand dieser Bindung gehoben wird.  Bei delokalisierten Zust\u00e4nden, zum Beispiel in einer Dimension \u2013 also in einem Nanodraht \u2013 gibt es f\u00fcr jede Energie einen Zustand mit Elektronenfluss in die eine Richtung und einen anderen Zustand mit Elektronenfluss in die andere Richtung.  Damit ein Nettostrom flie\u00dfen kann, m\u00fcssen mehr Zust\u00e4nde f\u00fcr eine Richtung als f\u00fcr die andere Richtung besetzt sein.  Dazu wird Energie ben\u00f6tigt, da im Halbleiter die n\u00e4chsth\u00f6heren Zust\u00e4nde oberhalb der Bandl\u00fccke liegen.  Oft wird dies so angegeben: Vollb\u00e4nder tragen nicht zur elektrischen Leitf\u00e4higkeit bei.  Wenn die Temperatur eines Halbleiters jedoch \u00fcber den absoluten Nullpunkt ansteigt, gibt es mehr Energie im Halbleiter, die f\u00fcr Gitterschwingungen und zum Anregen von Elektronen in das Leitungsband verwendet werden kann.  Die stromdurchflossenen Elektronen im Leitungsband hei\u00dfen freie Elektronen, obwohl sie oft einfach genannt werden Elektronen wenn das im Kontext klar ist.Stromdichte und Ohmsches GesetzDie Stromdichte ist die Rate, mit der Ladung durch eine gew\u00e4hlte Fl\u00e4cheneinheit flie\u00dft.[22]:31  Er ist als Vektor definiert, dessen Gr\u00f6\u00dfe der Strom pro Querschnittsfl\u00e4cheneinheit ist.[2]:749  Wie in Referenzrichtung besprochen, ist die Richtung beliebig.  Wenn die bewegten Ladungen positiv sind, hat die Stromdichte herk\u00f6mmlicherweise das gleiche Vorzeichen wie die Geschwindigkeit der Ladungen.  Bei negativen Ladungen ist das Vorzeichen der Stromdichte der Geschwindigkeit der Ladungen entgegengesetzt.[2]:749  In SI-Einheiten wird die Stromdichte (Symbol: j) in der SI-Basiseinheit Ampere pro Quadratmeter ausgedr\u00fcckt.[4]:22In linearen Materialien wie Metallen und bei niedrigen Frequenzen ist die Stromdichte \u00fcber die Leiteroberfl\u00e4che gleichm\u00e4\u00dfig.  Unter solchen Bedingungen besagt das Ohmsche Gesetz, dass der Strom direkt proportional zur Potenzialdifferenz zwischen zwei Enden (\u00fcber) dieses metallischen (idealen) Widerstands (oder eines anderen ohmschen Ger\u00e4ts) ist:ich=VR,{displaystyle I={V over R},,}wo ich{displaystyle I}  ist der Strom, gemessen in Ampere; V{displaystyle V}  ist die Potentialdifferenz, gemessen in Volt;  und R{displaystyle R}  ist der Widerstand, gemessen in Ohm.  Bei Wechselstr\u00f6men, insbesondere bei h\u00f6heren Frequenzen, f\u00fchrt der Skin-Effekt dazu, dass sich der Strom ungleichm\u00e4\u00dfig \u00fcber den Leiterquerschnitt mit h\u00f6herer Dichte in der N\u00e4he der Oberfl\u00e4che verteilt, wodurch der Scheinwiderstand erh\u00f6ht wird.DriftgeschwindigkeitDie beweglichen geladenen Teilchen innerhalb eines Leiters bewegen sich st\u00e4ndig in zuf\u00e4llige Richtungen, wie die Teilchen eines Gases.  (Genauer gesagt, ein Fermi-Gas.) Um einen Nettoladungsfluss zu erzeugen, m\u00fcssen sich die Teilchen auch mit einer durchschnittlichen Driftgeschwindigkeit zusammen bewegen.  Elektronen sind die Ladungstr\u00e4ger in den meisten Metallen und sie folgen einem unregelm\u00e4\u00dfigen Weg, h\u00fcpfen von Atom zu Atom, driften jedoch im Allgemeinen in die entgegengesetzte Richtung des elektrischen Felds.  Die Geschwindigkeit, mit der sie driften, kann aus der Gleichung berechnet werden:ich=neinEINvQ,{displaystyle I=nAvQ,,}woich{displaystyle I}  ist der elektrische Stromnein{displaystyle n}  ist die Anzahl geladener Teilchen pro Volumeneinheit (oder Ladungstr\u00e4gerdichte)EIN{displaystyle A}  ist die Querschnittsfl\u00e4che des Leitersv{displaystyle v}  die Driftgeschwindigkeit ist undQ{displaystyle Q}  ist die Ladung jedes Teilchens.Normalerweise flie\u00dfen elektrische Ladungen in Feststoffen langsam.  Zum Beispiel in einem Kupferdraht mit einem Querschnitt von 0,5 mm2, die einen Strom von 5 A f\u00fchrt, liegt die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von einem Millimeter pro Sekunde.  Um ein anderes Beispiel zu nehmen: Im Nahvakuum innerhalb einer Kathodenstrahlr\u00f6hre bewegen sich die Elektronen in nahezu geraden Linien mit etwa einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit.Jede sich beschleunigende elektrische Ladung und damit jeder sich \u00e4ndernde elektrische Strom erzeugt eine elektromagnetische Welle, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit au\u00dferhalb der Leiteroberfl\u00e4che ausbreitet.  Diese Geschwindigkeit betr\u00e4gt normalerweise einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit, wie aus den Maxwell-Gleichungen abgeleitet werden kann, und ist daher um ein Vielfaches h\u00f6her als die Driftgeschwindigkeit der Elektronen.  In Wechselstromleitungen zum Beispiel breiten sich die Wellen elektromagnetischer Energie durch den Raum zwischen den Dr\u00e4hten aus und bewegen sich von einer Quelle zu einer entfernten Last, obwohl sich die Elektronen in den Dr\u00e4hten nur \u00fcber eine winzige Entfernung hin und her bewegen.Das Verh\u00e4ltnis der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle zur Lichtgeschwindigkeit im freien Raum wird als Geschwindigkeitsfaktor bezeichnet und h\u00e4ngt von den elektromagnetischen Eigenschaften des Leiters und der ihn umgebenden Isoliermaterialien sowie von deren Form und Gr\u00f6\u00dfe ab.Die Gr\u00f6\u00dfen (nicht die Natur) dieser drei Geschwindigkeiten k\u00f6nnen durch eine Analogie zu den drei \u00e4hnlichen Geschwindigkeiten veranschaulicht werden, die mit Gasen verbunden sind.  (Siehe auch hydraulische Analogie.)Die geringe Driftgeschwindigkeit von Ladungstr\u00e4gern ist analog zur Luftbewegung;  mit anderen Worten, Winde.Die hohe Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen entspricht ungef\u00e4hr der Schallgeschwindigkeit in einem Gas (Schallwellen bewegen sich viel schneller durch die Luft als gro\u00dfr\u00e4umige Bewegungen wie Konvektion).Die zuf\u00e4llige Bewegung von Ladungen ist analog zur W\u00e4rme \u2013 der thermischen Geschwindigkeit von zuf\u00e4llig schwingenden Gasteilchen.Siehe auchNachschlagen Stromst\u00e4rke  in Wiktionary, dem freien W\u00f6rterbuch.Anmerkungen^ Der Pfeil ist ein grundlegender Bestandteil der Definition eines Stroms.[10]^   Unser erster Schritt in der Analyse ist die Annahme von Referenzrichtungen f\u00fcr die unbekannten Str\u00f6me.[10]Verweise^ Horowitz, Paul;  Hill, Winfield (2015). Die Kunst der Elektronik (3. Aufl.).  Cambridge University Press.  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