d - Allgemeine und theoretische Elektrotechnik

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Elektrische Stromdichte III Ladungsträgerbewegung (3) Stromdichte und elektrische Stromstärke: A i J n i i di = J ndA i = di = A A J ndA (4) Bezugspfeil der Stromstärke: Elektrischer Strom: i = A J ndA (A) Der Vektor der Stromdichte J wird physikalisch vorgegeben (durch die Ladungsträgerbewegung). (B) Der Bezugspeil der Stromstärke i (kein Vektor!) ist gleichsinnig zu wählen, wie der willkürlich nach oben/unten orientierte Flächennormalenvektor. (C) Die Stromstärke ist positiv bei n und J gleichgerichtet und negativ wenn entgegengesetzt gerichtet. Elektrische Stromdichte IV Ladungsträgerbewegung (5) Das Gesamtbild: J = v > 0 J = v < 0 J = v > 0 J = v < 0 d F -241- -242- 4
Elektrische Stromdichte V Ladungsträgerbewegung (6) Strömungsfeld aus unterschiedlichen Ladungsträgern: J = ( + ) v ( + )+ ( ) v( )= J ( + ) + J( ) mit : ( + )+ ( )= 0 ( Neutralitätsbedingung) J = + ( ( ) ) ( ) v ( + ) v Zur Orientierung von J( siehe ) auch Folie 242. Zur Neutralitätsbedingung vergleiche auch Folien 11 (abgeschlossene Systeme) 12 (starke Kräfte) und 113 (Realstatus Potential in QED). Elektrische Stromdichte VI Ladungserhaltung (1) Bilanz der Stromstärke für eine geschlossene Hüllfläche: J J i d F V • Positive und negative Ladungsträger: bipolarer Stromtransport. • Aus historischen Gründe entspricht die technische Stromrichtung der «Fliessrichtung» der positiven Ladungsträge. • Alternative Szenarien des Ladungstransportes wie z.B. (a) die Ladungsbewegung im Vakuum (Elektronenstrahl), (b) die Ladungsbewegung im Elektrolyten, (c) die Ladungsbewegung im Halbleiter, werden in GET1 diskutiert. • Ladungserhaltung: Bilanz des Ladungstransports durch die Hüllfläche ist ausgeglichen, d.h. Ein- und Ausfuhr von Ladung heben sich auf. Die Zuleitung (cf. Folie 240) ist nun endlich dick und kann in V mitberücksichtigt werden. Es ergibt sich für die Bilanz der externen Stromstärken des Leiters Null: i = D t + J d F = V = Dd t F + J d V F = V = div t D dV + J d F := 0 V V -243- -244- 5
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