- Um Elektrizität zu verstehen, muss man nicht nur die Elektronen im Leiter betrachten, sondern auch die Atomstruktur und die Beweglichkeit elektrischer Ladung
- Atome bestehen aus einem Kern aus Protonen und Neutronen sowie Elektronen in mehreren Schalen; Elektronen können ihren Zustand nur zwischen quantisierten Energieniveaus ändern
- In Isolatoren lösen sich Oberflächenelektronen oder lagern sich an, wodurch statische Elektrizität entsteht, aber die Ladung kann sich im Materialinneren nicht leicht ausbreiten
- In Metallen verhalten sich einige Valenzelektronen so, als seien sie über das gesamte Material verteilt; dadurch stellt sich ein Ladungsgleichgewicht schnell ein, und dies lässt sich als Elektronengas modellieren
- In einem Draht breitet sich der Einfluss des elektrischen Feldes mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus, aber einzelne Elektronen bewegen sich in Kupferdraht typischerweise nur wenige cm pro Stunde oder weniger, daher sind Signalausbreitung und Elektronenbewegung nicht dasselbe
Ausgangspunkt zum Verständnis von Elektrizität
- Die Kernfrage der Elektrizität lautet: „Was ist Elektrizität, und warum leiten manche Materialien Strom?“
- Die Antwort hängt von Elektronen im Atom, elektrischer Ladung, elektrostatischer Kraft und davon ab, ob sich Elektronen im Materialinneren bewegen können
Atomstruktur und Ladung
- Ein Atom besteht aus dem Atomkern aus Neutronen und Protonen sowie aus Elektronen, die auf mehrere Elektronenschalen verteilt sind
- Das Bohrsche Modell stellt Elektronen so dar, als kreisten sie auf Kreisbahnen um den Atomkern, doch in der modernen Physik werden Elektronen nicht als klassisch-mechanische Bahnen, sondern als Orbitale behandelt, also als Lösungen der Wellenfunktion
- In der Elektronik ist die exakte Form der Orbitale weniger wichtig als die Tatsache, dass jedes Atom oder Molekül eine bestimmte Anzahl von Elektronen besitzt und diese Elektronen in mehrere Schalen organisiert sind
- Der Atomkern wird durch die residuale starke Kraft zusammengehalten; die meisten Atomkerne auf der Erde entstanden bei der Kernfusion in Sternen und ändern sich in den für die Elektronik relevanten Zeitskalen nicht
- An der Atomstruktur wirkt auch die schwächere, aber weitreichende elektrostatische Kraft mit
- Protonen tragen immer positive Ladung, Elektronen immer negative Ladung, und Neutronen tragen keine Ladung
- Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an; daher können die Protonen im Atomkern eine entsprechende Anzahl von Elektronen binden und so ein stabiles, insgesamt neutrales Atom bilden
Elektronenschalen und Quantisierung
- Die Parameter, die den Zustand gebundener Elektronen beschreiben, sind quantisiert und können daher nur bestimmte Werte annehmen
- Elektronen können im Atom zwischen bestimmten Energieniveaus springen, aber nicht in Zwischenzuständen verweilen
- Durch diese Struktur gliedern sich Elektronenschalen von niedriger zu hoher Energie
- Dass nicht alle Elektronen in die innerste Schale fallen, liegt am Pauli-Ausschlussprinzip
- Der Zustand gebundener Elektronen wird durch mehrere Quantenparameter unterschieden
- Elektronen können keinen Zustand teilen, in dem alle Quantenparameter identisch sind
- Sind die möglichen Kombinationen in einer Schale ausgeschöpft, muss das nächste Elektron in eine Schale mit höherer Hauptquantenzahl übergehen
Isolatoren und statische Elektrizität
- Elektronen in inneren Schalen haben niedrige Energie, sind fest an den Atomkern gebunden und gegenüber äußeren Einflüssen vergleichsweise abgeschirmt
- Valenzelektronen dagegen haben höhere Energie und sind schwächer gebunden, weshalb sie bei chemischen Bindungen und elektrischen Phänomenen eine größere Rolle spielen
- Bei einer kovalenten Bindung wechseln einige Elektronen zweier Atome in neu gebildete Mehrelektronen-Orbitale, bei einer Ionenbindung wandern ein oder mehrere Elektronen von einem Atom zum anderen
- Auch ohne chemische Bindung können sich manche Valenzelektronen vorübergehend lösen
- Der leichte statische Schlag, den man zu Hause spürt, hängt mit dem triboelektrischen Effekt zusammen
- Dieser Effekt ist nicht vollständig verstanden
- Je nach Form und Ausrichtung der Moleküle haben Oberflächen unterschiedliche Affinität zu Elektronen
- Wenn zwei verschiedene Materialien in Kontakt kommen, können einige Elektronen zufällig über die Grenzfläche wandern und ein kleines Ungleichgewicht erzeugen
- Trennt man die beiden Materialien wieder, bleiben einige Ladungsträger an Orten gefangen, an denen sie ursprünglich nicht sein sollten
- Das Ausmaß eines elektrostatischen Ungleichgewichts ist sehr klein
- Schon die Bewegung von etwa 10¹¹ Elektronen kann einen für Menschen spürbaren statischen Schlag erzeugen
- In einer Unze Salz gibt es etwa 81 Billionen mal mehr Elektronen als das
- In festen Isolatoren können sich Valenzelektronen an der Oberfläche lösen oder anlagern, doch die entstandene Ladung kann sich nicht durch das Innere des Materials verteilen
- Wenn in den Elektronenschalen benachbarter Moleküle kein passender freier Platz vorhanden ist, müsste ein Elektron zum Wandern auf einen höheren Energiezustand gehoben werden; daher bleibt die Ladung an Ort und Stelle
Leitung in Metallen
- In Metallen bilden Atome ein dichtes und gleichmäßiges Gitter, und locker besetzte Orbitale verschmelzen faktisch zu einem gemeinsamen Zustand, der sich über das gesamte Material erstreckt
- In dieser Umgebung zeigen Valenzelektronen keine klar getrennten quantisierten Energieniveaus mehr wie Elektronen, die an einen einzelnen Atomkern gebunden sind
- Valenzelektronen können sich im Metallgitter frei bewegen, während die elektrostatische Wechselwirkung mit den Protonen die meisten beweglichen Ladungsträger im Leiter hält
- Das Verhalten metallischer Leiter lässt sich in vielen Fällen als frei strömendes Elektronengas modellieren
- Anders als in Isolatoren stellt sich in Leitern ein Überschuss an elektrischer Ladung schnell im Gleichgewicht ein
- Werden einem Ende eines Drahts von außen Elektronen entzogen und am anderen Ende wieder eingespeist, ordnen sich die verbleibenden Elektronen wegen ihrer elektrostatischen Abstoßung schnell neu an
- Wird dieser Prozess fortgesetzt, lässt sich entlang des Drahts ein stetiger Drift der Elektronen beobachten
- Diese Bewegung der Ladung ist der elektrische Strom
- Die Bewegung der Elektronen im Leiter wird durch ein elektrostatisches Feld vermittelt, das sich in den umgebenden Raum erstreckt und zum Betreiben elektronischer Bauteile oder zum Verrichten nützlicher Arbeit genutzt werden kann
Ausbreitung des elektrischen Feldes und die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit von Elektronen
- Der Ladungsausgleich verläuft schnell, aber der Drift einzelner Elektronen ist nicht schnell
- Das elektrische Feld breitet sich mit ungefähr 300.000 km/s aus, also nahe der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
- Einzelne Elektronen in Kupferdraht bewegen sich im Mittel typischerweise nur wenige cm pro Stunde oder weniger
- Das ist vergleichbar mit der Ausbreitung von Schall in Luft
- Wenn man jemanden anschreit, erreicht der Schall die Person lange bevor ein bestimmtes Luftmolekül bei ihr ankommt
Andere Arten der Leitung außerhalb von Metallen
- Neben metallischen Leitern gibt es noch andere Leitungsmechanismen
- Im Vakuum können sich durch Thermoemission thermisch angeregte Elektronen auch ohne Medium über beträchtliche Entfernungen bewegen
- In Plasma und in stark polaren Lösungsmitteln können sich auch geladene Moleküle, also Ionen, bewegen
- Diese Mechanismen sind in modernen elektronischen Schaltungen jedoch nicht üblich
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Im Artikel fehlt ein Punkt: Elektronen in Metall bei Raumtemperatur bewegen sich aufgrund ihrer thermischen Energie bereits sehr schnell, ungefähr in der Größenordnung von 100 km/s.
Das ist viel schneller als die im Artikel genannte Geschwindigkeit; gemeint ist dort die Driftgeschwindigkeit.
Diese Wärmebewegung ist im Wesentlichen zufällig, und weil die Elektronen ständig an Atomkernen gestreut werden, hebt sie sich gegenseitig auf und erzeugt keinen Nettostrom.
Es ist weniger so, dass ein elektrisches Feld die Elektronen sanft in Bewegung setzt; eher gibt es der bereits vorhandenen Wärmebewegung eine sehr leichte Vorzugsrichtung.
Ergänzend: Das ist unabhängig von der im Artikel erwähnten Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektrischen Feldes; die Ausbreitung des elektrischen Feldes entspricht der Lichtgeschwindigkeit.
In einem Kupferdraht beträgt die mittlere Strecke zwischen Kollisionen etwa 0,00000004 m, und bei 100 km/s dauert es 0,4 Pikosekunden, diese Strecke zurückzulegen.
Wie gesagt ist sie zufällig und mittelt sich daher im Durchschnitt zu 0 heraus; legt man ein elektrisches Feld an, erhalten die Elektronen eine von 0 verschiedene mittlere Geschwindigkeit, und das ist die Driftgeschwindigkeit.
In der Kommunikationstechnik spricht man in den meisten Medien eher von etwa 60–80 % der Lichtgeschwindigkeit.
Wenn sich zufällig Nettoladung in eine Richtung bewegt, übt das dadurch entstehende elektrische Feld Druck auf die zufällige Bewegung aus und bringt sie zurück ins Gleichgewicht, also auf 0.
Persönlich habe ich das Gefühl, dass KI bei Begriffserklärungen besser ist als beim Schreiben von Code mit erfundenen API-Aufrufen.
Es war ungefähr so: „Auch ohne Strom zittern Elektronen bei Raumtemperatur aufgrund thermischer Energie schnell mit etwa ~10⁶ m/s. Ein elektrisches Feld fügt dieser chaotischen Bewegung eine sehr schwache Verzerrung hinzu und erzeugt eine Netto-Drift.“
Vor ein paar Jahren habe ich in einem Antiquariat zufällig ein Buch namens There Are No Electrons gekauft.
Die Kernaussage des Buchs ist, dass wir Schülern und Studenten seit Langem mehrere falsche und uneinheitliche Modelle dafür beibringen, wie Elektrizität funktioniert, und dass diese Modelle auch nicht die Intuition vermitteln, die man beim praktischen Umgang damit braucht.
Die Empfehlung des Buchs lautet sinngemäß: „Vergesst das alles und schaut euch ein falsches Modell an, das eine gute Intuition für den Umgang mit Elektrizität vermittelt. Wenn ihr nicht vorhabt, in Physik zu promovieren, ist dieses Modell viel besser als andere falsche Modelle.“
Ich weiß nicht genug über Elektrizität, um beurteilen zu können, ob dieser Ansatz gut ist oder gut umgesetzt wurde, aber es ist eine interessante Herangehensweise.
https://goodreads.com/book/show/304551.There_Are_No_Electron...
Ich habe das auch schon über Fische und Bäume gehört.
Für mich zeigt sich, ob man etwas weiß, daran, ob man es für Vorhersagen oder Entwurf nutzen kann; bei den meisten Versuchen zu erklären, wie Elektrizität tatsächlich funktioniert, fühlt sich die Antwort darauf eher wie „nein“ an.
Der Aufwand, den ich meinem Kopf zumuten muss, um daraus ein „ja“ zu machen, ist einfach zu groß.
Das ist eine Geschichte aus einer mündlichen Prüfung in Oxford oder Cambridge vor sehr langer Zeit.
Prüfer: „Was ist Elektrizität?“
Student: „Ah, das weiß ich. Früher wusste ich es, aber jetzt habe ich es vergessen.“
Prüfer: „Wie bedauerlich. In der Geschichte gab es nur zwei Wesen, die wussten, was Elektrizität ist: der Schöpfer und Sie. Und nun hat einer von beiden es vergessen.“
Dort habe ich gleich gelernt, dass niemand weiß, was ein Wort ist.
Ich frage mich, in welchem Ausmaß und in welchem Sinn das wahr ist.
Ich habe in der Grundschule, Mittelstufe, Oberstufe und an der Universität gelernt, was Elektrizität ist.
Mit jedem Mal habe ich sie weniger verstanden.
Ich habe mir auch Interviewvideos angesehen, in denen Physikprofessoren erklären, was sie „wirklich ist“, aber die Erklärungen wurden immer komplizierter.
Nicht weil sie es nicht erklären könnten, sondern offenbar weil es von Anfang an nicht intuitiv ist, wenn man es möglichst exakt erklären will.
Sie zeigen auch Dinge, die normalerweise nicht gelehrt werden, und sind auch für Elektroingenieure sehenswert.
Wenn man sich fragt, wie sich Elektrizität von einem Ende eines Leiters zum anderen ausbreitet, ist dieses Video sehr gut und sehenswert.
https://www.youtube.com/watch?v=2AXv49dDQJw
Wenn man bei der Erklärung ankommt, dass Elektronen durch Veränderungen in Quantenfeldern entstehen und Quantenfelder Wahrscheinlichkeiten sind, fühlt es sich allmählich so an, als gäbe es am Grund der Realität gar nichts.
Das Ergebnis sind Hunderte von sehr falschen, etwas falschen und halbwegs brauchbaren Erklärungen, die sich subtil unterscheiden, sodass Studierende in Prüfungen als falsch bewertet werden, je nachdem, welchem Tutorial sie gefolgt sind.
Manche Dinge sind einfach schwer zu verstehen.
Studierende müssen sich irgendwann dieser Tatsache stellen; ich weiß nicht, warum man das Unvermeidliche aufschiebt.
Das tatsächliche physikalische Phänomen geht weit über die Bewegung einzelner Elektronen hinaus.
Was mir an der Elektrotechnik-Theorie am besten gefällt, ist, dass die Aussage, Energie fließe von + nach -, eigentlich die Vorstellung ist, dass nicht reale Elektronen, sondern Elektronenlöcher fließen.
In der Elektronik und in weiten Teilen der Elektrotechnik wird die Konvention des Lochstroms verwendet.
Es wirkt seltsam, nicht die Konvention des Elektronenflusses zu verwenden, also die Realität, aber ich bin wohl auch ein etwas seltsamer Mensch.
Es war sinngemäß: „B ist positiv geladen und A negativ geladen, nein, sagen wir, B ist plus und A ist minus … wir können diese Begriffe verwenden, bis die Philosophen uns bessere geben.“
A und B waren dabei Franklins Kollegen, die auf isolierenden Platten standen; in dem Experiment rieb eine Person ein Glasrohr mit etwas wie Hirschleder und wollte dann die Hände mit der anderen zusammenschlagen, woraufhin ein Funke über den Spalt sprang.
Das Problem ist, dass sich allein aus diesem Experiment nicht eindeutig ergibt, wer von A und B tatsächlich negativ geladen war.
Denn die resultierende Ladung konnte von den Eigenschaften des „Leders“ abhängen – ob es behaart war, Fell oder Leder.
Franklin definierte also zwar die Begriffe, ordnete sie aber nicht eindeutig der Richtung des Elektronenflusses zu.
Die Mehrdeutigkeit zeigt sich in dieser Grafik: [https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect#/media/Fi...](https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect#/media/File:Triboelectric-series_EN.svg)
Dort steht leather über glass, fur aber darunter.
Er hat Glas offenbar mit etwas gerieben, das Leder oder Fell ähnelte, doch die resultierende Ladung hängt davon ab, wo dieses Material im Vergleich zu glass in der triboelektrischen Reihe steht.
Wenn du das nicht wusstest, gehörst du heute zu den glücklichen 10.000.
Ben Franklin wählte, lange bevor man die Atomtheorie verstand, bei der Vorstellung, dass Elektrizität fließt, willkürlich den Pluspol als Ausgangspunkt.
Später, nachdem man herausgefunden hatte, dass Elektronen die eigentlichen elementaren Ladungsträger sind, alles umzudrehen, hätte keinen Sinn ergeben.
Es ging darum, warum es angesichts der Unvermeidlichkeit von Wärme und Entropie nicht natürlicher ist, es so auszudrücken, dass man „Kälte vorübergehend einsperrt“.
Die Wissenschaftler wussten nicht, dass Elektronen in die entgegengesetzte Richtung fließen, aber die Ingenieure hatten bereits funktionierende elektrische Geräte.
Was mir an Elektrizität am besten gefällt, ist, dass die tatsächliche Energie außerhalb des Leiters übertragen wird, in beide Richtungen der positiven und negativen Ladungen.
Der Widerstand ist der Teil der Energie, der versehentlich in den Leiter hineingerät.
Im Inneren und an der Oberfläche des Leiters ist der Energiefluss null, direkt außerhalb der Oberfläche dagegen sehr groß.
Ein Kondensator würde nicht funktionieren, wenn die Energie von den Anschlüssen käme.
Die zum Laden verwendete Energie kommt von den Seiten hinein, und das ist wirklich kontraintuitiv.
Wenn Veritasium und AlphaPhoenix genannt werden, möchte ich auch Folgendes sagen: ElectroBOOM, AvE und bigclive haben mir mehr als alles andere geholfen, Elektrizität sowohl theoretisch als auch praktisch zu verstehen.
https://www.youtube.com/@arduinoversusevil2025
https://www.youtube.com/@ElectroBOOM
https://www.youtube.com/@bigclivedotcom
Ich fand den Text ziemlich klar und gut lesbar.
Die knappste Erklärung von Elektrizität, die ich kenne, stammt allerdings von Stephen Leacock:
„Es gibt zwei Arten von Elektrizität, positive und negative. Der Unterschied besteht vermutlich darin, dass die eine etwas teurer, aber haltbarer ist, während die andere billiger ist, aber Motten bekommt.“
Das ist so ziemlich alles, was ich wissen muss.
Die Erklärung, dass „ein Elektron als eine bestimmte Verteilung des elektrostatischen Feldes im Raum existiert“, halte ich für die beste einfache Erklärung eines Elektrons, die ich bisher gehört habe.
Diese dummen Analogien sollten wir endlich hinter uns lassen.
Aus Sicht eines Kindes führen makroskopische Analogien dazu, dass es fälschlich glaubt, physikalische Gesetze funktionierten anders, als es die besten physikalischen Modelle der Menschheit vorhersagen.
Zum Beispiel mochte ich beim Lernen des Periodensystems in K-12 diese Willkürlichkeit nicht.
Diagonalregel, Hundsche Regel, Ausnahmen von der Hundschen Regel und so weiter; von organischer Chemie will ich gar nicht erst anfangen.
Es hätte viel mehr Sinn ergeben, wenn jemand gesagt hätte: „Vergiss Billardkugeln und Welle-Teilchen-Dualismus. Unser bestes Modell besteht aus Lösungen einfacher und schöner Gleichungen, die aber extrem schwer zu lösen sind.“
Der Autor beschreibt die Wahrheit als „seltsame Mathematik“, aber ich sehe das nicht unbedingt so.
Unitarität ist ästhetisch und fühlt sich einfach richtig an.
Dass Atomorbitale irreduziblen Darstellungen von Symmetriegruppen entsprechen, ist ebenfalls schön.
Ich weiß nicht, warum man das Kindern nicht beibringt.
Man muss nicht in die mathematischen Details der Gruppentheorie einsteigen; es reicht schon, zu erklären, dass diese seltsamen Formen aus Symmetriebedingungen entstehen.
Das wäre viel besser gewesen, als in der Highschool ein Bild des d_z^2-Orbitals zu sehen und zu denken: „Was soll das bitte sein? Dieses Fach ergibt keinen Sinn.“
Diese Lügen beginnen als offensichtliche Unwahrheiten, um grundlegende Konzepte zu vermitteln, und werden mit der Zeit wiederholt genauer.
Wenn man in einem bestimmten Gebiet weit genug geht, stößt man irgendwann an die Grenze unseres Wissens, und ab da wird es interessant.
Ich habe in Physik promoviert, aber auf die Frage „Was genau ist eigentlich positive Ladung?“, die ich mit 11 Jahren in der ersten Klasse der Sekundarschule gestellt habe, habe ich bis heute keine wirklich gute Antwort bekommen.
Das Herumwedeln mit den Händen wurde mit der Zeit weniger, ist aber nie ganz verschwunden.
Für die meisten Schlussfolgerungen braucht und will man keine Quantenmechanik.
Selbst die Molekülorbitaltheorie ist oft schon zu viel.
Ich stimme allerdings zu, dass man von Anfang an sagen sollte: „Diese Modelle sind nützliche Abstraktionen, aber letztlich falsch.“
Jedes folgende Modell liefert höhere Genauigkeit und mehr Nuancen, ist aber schwerer zu verstehen.
Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass man sich, wenn man am Ende bei der Quantenmechanik angekommen ist, fragt, was als Nächstes kommt.
Er zeigt eindrücklich, dass die Karte nicht das Gelände ist und dass dem Menschen nur eine fortlaufende Kette von Karten zur Verfügung steht.
Dem Teil, man solle Billardkugeln und Welle-Teilchen-Dualismus vergessen, kann ich nur schwer zustimmen.
Die Wellenfunktion der Quantenmechanik kollabiert tatsächlich und verhält sich tatsächlich erst wie eine Welle und dann wie ein Teilchen.
Das hat großen Einfluss auf ihr Verhalten.
Und nur weil diese seltsamen Formen zu Symmetriebedingungen passen, ist es eine andere Frage, ob man wirklich sagen kann, dass sie daraus „entstanden“ sind.
Um zu beantworten, ob es echte Kausalität gibt, muss man verstehen, woraus das Phänomen überhaupt entstanden ist.
Das Elektron ist ein Quant des Elektronenfeldes und als Fermion mit Spin 1/2 Materie, die dem Pauli-Ausschlussprinzip folgt.
Die elektromagnetische Kraft ist eine der vier Grundkräfte und wird durch ihr Elementarquant, das Photon, vermittelt; das Photon ist ein Bosonenfeld mit Spin 1 und daher neutral.
Die Wechselwirkung dieser beiden Felder wird durch Feynman-Diagramme dargestellt.
Das makroskopisch beobachtete elektrostatische Feld eines geladenen Kondensators wird durch eine Überlagerung virtueller Photonen mit Frequenz 0 vermittelt, die off-shell sind und nicht strahlen.
Die Energie des Feldes entsteht aus dem kumulativen Effekt unendlich vieler Austausche virtueller Photonen.
Ob virtuelle Photonen „real“ sind, ist umstritten und verwirrt Menschen, die Intuition gegenüber Berechnung bevorzugen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_particle
Allerdings kennen sich viele Leute damit nicht gut aus, und es gibt auch keinen guten Lehrplan, mit dem Kinder anfangen könnten.
Man müsste wohl auch Teile der Lehrpläne für Mathematik, Chemie und Physik neu aufbauen, damit sie auf quantenmechanischen Grundlagen aufsetzen.
Meine Reaktion ging von „Meint ihr das ernst?“ über „Wollt ihr mich veräppeln?“ bis zu „Wenn man einen Hammer in der Hand hat, sieht dann alles wie ein Nagel aus?“.
Ein paar Jahre später wurden Orbitale im Wesentlichen als eine Art Bewegungsunschärfe vorgestellt, die von einem kleinen, sich schnell bewegenden Elektron erzeugt wird.
Ich ging zum Lehrer und fragte: „Was, wenn diese Bewegungsunschärfe alles ist und das billardkugelartige Elektron nur eine Gutenachtgeschichte?“ Er sagte, es sei angemessen, so darüber nachzudenken.
Allerdings wird es in diesem Gedankengang schwieriger, Schülern die Masse des Elektrons zu erklären.
In solchen Einführungstexten ist es auch hilfreich zu wissen, dass die Unterscheidung zwischen positiv und negativ völlig willkürlich ist.
Tatsächlich geht die Zuordnung von „negativ“ zum Elektron darauf zurück, dass Benjamin Franklin eines seiner Experimente falsch interpretierte.
Wenn man sich also fragt, warum man negativer geladen wird, wenn man den wichtigsten beweglichen Ladungsträger aufnimmt, kann man Ben Franklin die Schuld geben.
Damals war es einfach eine willkürliche Entscheidung, die lediglich eine Namenskonvention war.
Populärwissenschaftliche Texte und Videos erklären es meist mit dem alten, aber intuitiven Modell, das Niels Bohr um 1918 entwickelte: Elektronen kreisen auf Kreisbahnen um den Atomkern.
Ich wünschte, man würde aufhören, die Geschichte dessen zu lehren, wie man glaubte, dass Atome aussehen.
Wir sind an einem Punkt angekommen, an dem 99 % des Materials darauf verwendet werden zu lehren, wie Atome nicht aussehen, und nur sehr wenig darauf, wie sie tatsächlich aussehen.
Auch dieser Autor liefert Bilder davon, wie Atome nicht aussehen, aber keine Bilder davon, wie sie aussehen.
Gerade Physiker sollten den Wert guter Bilder und mentaler Modelle am besten kennen.
Ich würde gern sehen, wie jemand versucht, auf Wikipedia einen Artikel oder Bereich zu finden, der das heutige Verständnis des Atoms enthält.
Dann fragt man sich, ob er schwer zu finden war und ob ein neugieriger Highschool-Schüler in diesem Artikel genug Informationen hätte, um alles zu lernen, was ihr heute wisst.
Lehrbücher sind für Highschool-Schüler zu teuer und zu schwer zugänglich, um sich darauf zu verlassen, und Physik-Websites schwanken stark in ihrer Qualität.
Ich frage mich wirklich, ob man so hätte lernen wollen.
Sie werden verwendet, weil die nächste Erklärungsebene partielle Differentialgleichungen erfordert.