Why the Lamp Lights at Once
Schließen Sie den Schalter, und zwei völlig verschiedene Geschwindigkeiten wirken zusammen. Das elektrische Feld läuft mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Kreis und bringt die Lampe binnen Nanosekunden zum Leuchten, während die Elektronen kaum kriechen. Nichts musste von der Batterie zur Lampe reisen — die Elektronen waren längst dort.
So benutzt du diese Simulation
- Drücken Sie Close the switch und beobachten Sie die Feldfront durch den Kreis laufen
- Verfolgen Sie ein markiertes Elektron im Glühfaden und sehen Sie, dass es mit allen anderen startet
- Vergleichen Sie die Laufzeit des Feldes mit der Strecke, die ein Elektron zurückgelegt hat
- Öffnen und schließen Sie den Kreis erneut, um beide Zeitskalen nochmals nebeneinander zu sehen
Worauf du achten solltest
- Die Lampe leuchtet längst, bevor ein Elektron aus der Batterie auch nur in ihre Nähe gelangt ist
- Elektronen im ganzen Kreis beginnen praktisch im selben Augenblick zu driften
- Die Feldfront durchquert den Kreis in Nanosekunden; die Drift misst Bruchteile eines Millimeters pro Sekunde
- Im Glühfaden saßen bereits freie Elektronen und warteten darauf, angeschoben zu werden
- Die Batterie liefert Energie und ein Feld, nicht die bestimmten Elektronen, die das Licht erzeugen
Die Physik dahinter
Das Schließen des Schalters baut entlang des gesamten Leiters ein elektrisches Feld auf, und dieses Feld breitet sich mit nahezu c aus. Bei einem Kreis von etwa einem Meter Umfang steht das Feld nach wenigen Nanosekunden, und alle Elektronen im Stromkreis — auch die bereits im Glühfaden sitzenden — beginnen praktisch im selben Moment zu driften. Diese Elektronen bewegen sich mit einer Driftgeschwindigkeit der Größenordnung 10⁻⁴ m/s und bräuchten Stunden für den Weg von der Batterie. Die Lampe leuchtet wegen der Ankunft des Feldes, nicht wegen der Reise irgendeines Elektrons.