Warum hat das elektische Signal ca. 2/3 c?
-
Ich habe gelernt, daß das elektische Signal ungefähr 2/3 c macht. Also ca. 20 cm pro Nanosekunde. Ich habe damals alle Profs gefragt, warum das so ist. Die wußten es nicht. Ich fragte, ob es bei anderen Leitern oder Spannungen oder so auch deutlichen Abstand von 2/3 c gibt. Das haben sie geleugnet. Darum frage ich hier:
Warum ist die elektische Signalgeschwindigkeit in einem elektrischen Leiter ca. 2/3 der Lichtgeschwindigkeit? Oder noch lieber (weil mir diese Konstente so wirr vorkommt): Woher kommt die Verzögerunge und von was hängt sie ab, welche extremen Werte gibt es?
-
Hallo Volkard,
die tatsächliche oder natürliche Ursache kann ich dir leider nicht sagen.
Als Ursachen in den Gleichungen sind mir aber in Erinnerung: Der Zusammenhang zwischen Lichtgeschwindigkeit, der relativen (elektrischen) Permittivität und der relativen (magnetischen) Permeabilität.
Hier ist auch die Gleichung zu finden: http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Lichtgeschwindigkeit_in_Materie
Ergeben die Werte für Kupfer etwa 2/3 c?
Vielleicht wenigstens ein erster Hinweis.Aber ob es überhaupt eine schön einfache Modellvorstellung gibt?
-
volkard schrieb:
Warum ist die elektische Signalgeschwindigkeit in einem elektrischen Leiter ca. 2/3 der Lichtgeschwindigkeit? Oder noch lieber (weil mir diese Konstente so wirr vorkommt): Woher kommt die Verzögerunge und von was hängt sie ab, welche extremen Werte gibt es?
Die Herleitung für die 2/3 habe ich auch nicht mehr im Kopf, aber es ergab sich aus dem ganzen Gewirr der Wellengleichungen, da kannst Du kürzen und integrieren, und zum Schluß erhälst Du 2/3.
Das hätte auch 4/5 sein können.Aber bei Wikipedia steht in der Tat eine schöne Erklärung, das kann man kaum weniger prägnant sagen:
Während die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum den Höchstwert von knapp 300.000 km/s besitzt, beträgt sie in Wasser rund 225.000 km/s. Bei sehr dichten optischen Gläsern liegt die Lichtgeschwindigkeit nur bei 160.000 km/s. Das bedeutet keinesfalls, dass die Photonen in einem optisch dichteren Medium (wie beispielsweise Wasser) auf 225.000.000 m/s abgebremst werden. Die Photonen treffen auf die Wasseratome und regen sie zum Schwingen an, wodurch nach einer sehr kurzen Zeitverzögerung die Atome ihrerseits wieder Photonen mit der gleichen Wellenlänge wie die eingestrahlten Photonen aussenden. Dadurch scheint es so, als würden sie sich mit einer geringeren Geschwindigkeit im optisch dichten Medium bewegen. Die Geschwindigkeit der Photonen beträgt immer, egal in welchem Medium, 299.792.458 m/s.
Die elomag Welle eilt also von Ort zu Ort, doch bis sie jeweils "weitergeschaltet" wird vergeht ein kurzer Moment, der sich als Absinken der Signalgeschwindigkeit bemerkbar macht.
Nachtrag: die Abhängigkeit kommt von den Materialkonstanten. Das Minimum/Maximum der Möglichkeiten müßte man mit einem Tabellenbuch ermitteln, und einfach mal alle µs und εs durchspielen.
-
ich hab ne tabelle von signalgeschwindigkeiten in koaxkabel gefunden. (heißt dort Verk. faktor):
http://www.cbsite.nl/modif/diversen/coaxkabel[1].htm
liegt zwischen 0.66 und 0.85.