Hoe werkt electronentransport?

[verleemen]

Ik ben op t moment de UC Berkeley lectures van Richard Muller " Physics for Future Presidents " aan het volgen. Erg nuttig. 26 lessen van een uur waar een simpel totaalbeeld van natuurkunde word gegeven met de gedachte van "wat moet de president van amerika van natuurkunde weten om goede beslissingen te maken". Niet te moeilijk, zo weinig mogelijk formules en veel voorbeelden. echt een aanrader voor iedereen die over natuurkunde nadenkt.

Een vraag waar ik nog geen duidelijkheid heb en wat meneer muller eigenlijk een beetje overslaat is hoe elektronentransport (elektriciteit ) nou eigelijk werkt.

Wat ik leer is dat elektriciteit de verplaatsing van elektronen is. Nou zit ik al die tijd met het aangeleerde idee dat een atoom uit protonen, neutronen en elektronen bestaat en op deze manier een eenheid vormd. Oftewel tot nu toe weet ik niet beter dat die 3 een geheel vormen, dus als een elektron zich verplaast, dan verplaast het atoom mee. ( net zoals een autowiel de auto meesleurt, die zit aan de auto vast namelijk, tenzij de bouten loszitten)

Op zich heb ik ook al door dat een electron wel van baan kan verwisselen in een atoom door een gedeelte van zijn energie af te staan orf juist op te nemen. Maar begrijp ik nou goed dat een elektron ook van een baan van de ene atoom in de baan van een andere atoom kan springen? Bv omdat er geen vrije banen in het eigen atoom meer zijn maar bij de buurman wel? Of bewegen die elektronen nou gewoon zelf en laten ze die arme kernen gewoon achter?

Alles word in die lectures heel mooi uitgelegd, maar dat hele kleine stukje mis ik dus. Ook in alles wat ik tot nu toe hierover gelezen heb heeft het wel over elektronentransport, maar wat ik me daarbij moet voorstellen is tot nu toe in t midden gelaten. Wie helpt me uit de brand?

pff al 19 lectures gehad deze week, nog 7 te gaan:)

Ik ben ondertussen al hier... Ik raad je wel aan om net als ik bij les 1 te beginnen, want anders begrijp je dr misschien geen hol van. Ook alles lekker actueel. Het is van 2006...

[YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=0RrWEBDMo80&feature=SeriesPlayList&p=095393D5B42B2266&index=18]
_{Heeft ie 12 borden tot zn beschikking, komt ie nog ruimte te kort soms...tssk}

verslavend dit:)

[ Voor 10% gewijzigd door verleemen op 03-10-2009 18:58 ]

[Verwijderd]

Electronen zijn helemaal niet gebonden aan kernen (protonen en neutronen). Sterker nog, heel vaak is er eigenlijk een electron teveel of te weinig. Dan heb je het over een ion. De wetenschappers die zich het meest met deze tak van sport bezighouden noemen we chemici, scheikundigen dus.

Metalen bestaan meestal uit atomen in een bepaalde structuur, een "rooster". Daarin zijn atomen veelal netjes gerangschikt. De elektronenwolken raken elkaar en elektronen kunnen zich in sommige materialen makkelijk verplaatsen. Ze zijn dan elektrisch geleidend.

Als er aan één kant van een stuk materiaal een bepaalde potentiaalverschil is, stel het materiaal wordt tegen een elektrisch geladen bron gehouden, dan zullen de elektronen dicht bij die bron naar de bron worden getrokken, of just weggeduwd (afhankelijk van de lading).

Als aan de andere kant van een materiaal een andere spanning is, zullen elektronen geneigd zijn richting de kant met de hoogste elektrische lading te bewegen. Dan loopt er dus "stroom". De stroomsterkte is afhankelijk van het aantal elektronen dat gaat bewegen. Ze hebben immers allemaal dezelfde lading. De weerstand waarmee ze bewegen wordt bepaald door het materiaal waar ze doorheen moeten. Elektrisch geleidende materialen laten de elektronen wat makkelijker rondvliegen.

De elektrische lading beweegt zich overigens precies tegenovergesteld aan de elektronen, want elektronen zijn negatief geladen. De lading kan zich veel sneller bewegen dan een elektron. Uiteindelijk gaat het er namelijk alleen maar om dat er een bepaald aantal elektronen naar de andere kant moet. Hoe snel dat gaat is dus ook weer afhankelijk van de weerstand. Hoe lager de weerstand, hoe meer elektronen rondhossen door het materiaal.

De elektrische geleiding is min of meer afhankelijk van het aantal ionen. In een metaal in vaste vorm is het begrip ion niet echt van toepassing. In vloeistoffen bepaalt het aantal ionen de geleiding. Zelfs door gassen kan elektrische lading worden overgedragen. In een bliksemflits worden moleculen uit de atmosfeer geioniseerd.

[Delerium]

Elektronen hebben geen naamkaartje die ze aan 1 atoom vastpint. Zet 2 atomen naast elkaar en beide hebben iig evenveel electronen maar niet perse steeds dezelfde. Een koperdraadje bevat gewoon heel veel van die atomen op een rij en als je daar 1 elektron induwt komt aan de andere kant van de draad een ander elektron naar buiten. Net zoals in een file bij de oprit een vertrekkende auto ruimte geeft voor een nieuwe auto.

Het doorgeven van dat signaal (het eruit duwen van een elektron) gaat bijna met de snelheid van het licht maar de fysieke verplaatsing van dat elektron gaat niet eens zo snel, ik meen ergens in de orde van enkele centimeters per seconde.

[verleemen]

Ok, dank je voor je snelle uitleg. Maar kan ik er dus ook vanuitgaan dat electronen helemaal los zonder kern kunnen bestaan? Of springen ze van atoom naar atoom toe?

[Verwijderd]

verleemen schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 18:56:
Ok, dank je voor je snelle uitleg. Maar kan ik er dus ook vanuitgaan dat electronen helemaal los zonder kern kunnen bestaan? Of springen ze van atoom naar atoom toe?

Ze kunnen zonder kern bestaan. Maar ze zijn erg licht dus ze zijn redelijk makkelijk te vangen door atoomkernen (de protons dan).

Ze komen los voor in de vorm van beta-straling. Losse snelbewegende elektronen (en positronen). In vaste materialen en vloeistoffen is het bereik van beta-straling vrij gering omdat elektronen teveel kernen en elektronen tegenkomen.

Meestal kom je ze dus niet los tegen. Als het gebeurt is het meestal het gevolg van het verval van de kern van een beta-straler (radioactiviteit). En ze bestaan dan vaak maar korte tijd als los elektron of positron.
Ze komen uiteraard ook los voor in beeldbuizen (kathodestraalbuis) waar ze door een bijna-vacuüm worden geschoten.

[ Voor 5% gewijzigd door Verwijderd op 03-10-2009 19:11 ]

[Bob]

verleemen schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 18:56:
Ok, dank je voor je snelle uitleg. Maar kan ik er dus ook vanuitgaan dat electronen helemaal los zonder kern kunnen bestaan? Of springen ze van atoom naar atoom toe?

Je interpreteert elektronen tijdens geleiding (als je het simpel wil houden) het best als een gas dat de atoomkernen van de geleidende stof volgt. Dus nog wel gebonden aan het materiaal, maar je kan niet meer zeggen welk elektron bij welke atoomkern hoort. Deze interpretatie voldoet waarschijnlijk wel in jou geval, om het echt juist te gaan zeggen moeten we er de niet leuke stukken van de quantumfysica bij halen, en dan nog, helemaal juist weten ze het toch nog niet.

[Techneut]

Inderdaad uitstekend beantwoord allemaal. Nog iets meer in Jip-en_Janneke-taal zodat zelfs de vorige president van Amerika het begrijpt:
Stel je die elecronenstroom voor als een buis vol met knikkers. Je duwt er een knikker bij, met als gevolg dat er aan de andere kant eentje uitrolt. Deze duw je er aan het begin weer in. Dit symboliseert zo'n beetje de electrische stroom.

Electronici kennen dit verhaal uiteraard, maar voor de niet kenners, daar heeft men er een aardigheidje bijbedacht, Electronen hebben een negatieve lading. De electronenstroom vindt dus plaats van min naar plus. Een idee waar absolute beginners even aan moeten wennen. We spreken evenwel van een electrische stroom van plus naar min, wat dus eigenlijk een misverstand is, maar wat men echter voor het gemak maar zo gehouden heeft.
Bij het ontwerpen van halfgeleiders rekent men meestal wel met de fysieke electronenstroom, maar soms met de electrische stroom die zoals de meesten die kennen van plus naar min loopt. Men spreekt dan in plaats van electronenstroom van gatenstroom die tegen de electronenstroom in loopt. Immers dat gat symboliseert het ontbreken van een electron, dus een positieve lading.

[verleemen]

Hehe, nou dit helpt anders al heel erg veel hoor:). Afgezien van dit hiaat is de verdere uitleg van Richard muller heel helder. Ik denk dat ik m dr even op zal wijzen in een emailtje. Hij wil toch al weten wie dr allemaal naar zn videootjes kijkt.
Ben benieuwd of ie dr wat op terugmailt.

O nog iets, kunnen die betawaves ook weer electronenwolken om een kern vormen dan?
en die proton/neutron kern, valt die ondertussen ook uiteen, (Losse protonen zijn alpha straling toch?) of blijft dat braaf wachten tot er weer electronenwolken omheen gaan hangen?

jaa die verleemen komt er nog wel hoor:)
*ahem*

[ Voor 8% gewijzigd door verleemen op 03-10-2009 20:02 ]

[djexplo]

Delerium schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 18:54:
... maar de fysieke verplaatsing van dat elektron gaat niet eens zo snel, ik meen ergens in de orde van enkele centimeters per seconde.

Veel trager 1 Amp : 0.0023 cm/sec

[Fish]

djexplo schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 20:52:
[...]

Veel trager 1 Amp : 0.0023 cm/sec

Staat dat dan los van oppervlak ? daar heb ik dan weer moeite mee

ik kan me voorstellen wanneerhet oppervlak van de gelijder groter is dat de snelheid lager word.
Zou je me kunnen helpen onderbouwen, of juist niet

[verleemen]

eeen is betastraling direct in electriciteit om te zetten?

[Verwijderd]

verleemen schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 21:13:
eeen is betastraling direct in electriciteit om te zetten?

Ik heb nu al spijt dat ik over β-straling ben begonnen
Maar ja, het is mogelijk want er wordt elektrische lading getransporteert. Of je er een efficiënte stroomvoorziening mee kunt (of moet willen) maken betwijfel ik.

[verleemen]

Verwijderd schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 21:18:
[...]

Ik heb nu al spijt dat ik over β-straling ben begonnen
Maar ja, het is mogelijk want er wordt elektrische lading getransporteert. Of je er een efficiënte stroomvoorziening mee kunt (of moet willen) maken betwijfel ik.

Ik bedoelde dius meer dat als er eens troom door een electriciteitsdraad loopt, dat dat dan electronen zonder nucleus zijn..

the rare van dat physics for furture presidents is dat er 6 uur uitleg zit van atoom tot aan electromagnetisme en dat wat mij betrewft t belangrijkste gedeelte word overgeslagen. Ja zegt ie de electronen gaan bewegen. Als je eerst 5 uur lang hebt geleerd dat je alleen van een atoom kan spreken als er een electron om een kern draai.. Maar goed, dat gedeeltje is nu een stuk logischer.

De vraag zat m in de nucleaire reactors aan boord van ruimtesattelieten. Mijn instinct zegt dat er aan boord van zoiets als de voyager geen water aan de kook word gebracht dat een dynamo aandrijft. Nou weet ik niet of de voyager nuclear is maar een hoop andere satelieten zijn dat wel, alleen hoe die reactor werkt word weer nergens uit de doeken gedaan.

Verder stond er een jaar geleden in t tweakers nieuws dat ik geloof toyota aan een batterij werkte die zijn energie ontrok aan betaverval.

Ik had al van van betastraling gehoort hoor. maar tot nu toe dacht ik dat losse electronen iets exotisch was:)
De puzzelstukjes beginnen in elkaar te vallen.

---

Ik ben niet echte een beta, wat formules en dergelijke beteft. Mijn dicipline is mediakunst. en dat is meer een praktijkding. Vandaar dat ik vaak met onconventionele concepten werk. Op het moment ben ik met dit bv bezig. Een plantje van staal en eletriciteitsdraad waar digitale fotolijstjes hangen waar verschillende vruchtjes aan groeien. Dr moeten nog blaadjes aan van zonnecellen gemaakt zodat t ding autonoom kan draaien. Hier loopt ie nog gewoon op een standaard paneel.

[YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=vfRny7uTAac] De kunstenaar uithangen is een dure grap, dit geintje koste 150 euro om te maken, en das alleen maar t concept. maar ja, t staat nu in een galrerie in amsterdam...

Ik kom er net achter dat de colleges van Richard Muller op zijn site gewoon doorgaan. Zelfs die van deze week staan op zn eigen site. http://muller.lbl.gov/teaching/Physics10/PffP.html

[ Voor 67% gewijzigd door verleemen op 04-10-2009 06:05 ]

[Osiris]

verleemen schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 20:00:
Losse protonen zijn alpha straling toch?

Nee, α-straling bestaat uit Helium-kernen en wel die met 2 protonen en 2 neutronen. Dus zonder elektronen

[djexplo]

fish schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 20:57:
[...]


Staat dat dan los van oppervlak ? daar heb ik dan weer moeite mee

ik kan me voorstellen wanneerhet oppervlak van de gelijder groter is dat de snelheid lager word.
Zou je me kunnen helpen onderbouwen, of juist niet

Q = 8.5*10^+22 (Mobile electrons per CC)
e = 1.6*10^-19 (Charge per electron)

code:

The equation:

v =   ________I_______  
      Q * e * ( R^2 * pi )

Dus inderdaad de oppervlakte zit in de formule ik was van een draad dikte van 2mm uit gegaan.

Deze formule is trouwens voor gelijk spanning, bij wissel spanning heb je een skin effect, waarbij de stroom voornamelijk door de buitenlaag van de geleider loopt, en snelheid dus hoger is.

Wikipedia: Electric current

[ Voor 19% gewijzigd door djexplo op 04-10-2009 09:33 . Reden: wiki ]

[Sissors]

djexplo schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 20:52:
[...]

Veel trager 1 Amp : 0.0023 cm/sec

Als we dan toch aan het corrigeren zijn, de gemiddelde snelheid is veel trager (zou best zoiets kunnen zijn maar het lijkt mij inderdaad dat de snelheid afhangt van de stroomdichtheid en niet de strrom), maar de individuele elektronen gaan nog steeds razendsnel alle kanten op.

[Verwijderd]

Het probleem is een beetje dat hier zoveel over te vertellen is dat het belachelijk zou zijn het hier allemaal te gaan noemen. Wat ik ongeveer kan vertellen is dat deze kennis essentieel is voor chemici en voor physici die zich met elektriciteit of radioactiviteit bezighouden. Het is bovendien kennis die vanaf de 2e/3e klas van HAVO en VWO al wordt opgedaan. Basiskennis voor hoger en wetenschappelijk onderwijs dus.

Als je nooit een opleiding op dat niveau hebt gehad of nooit scheikunde en/of natuurkunde als vak hebt gehad, mis je een hoop kennis. Ik mag hopen dat een president wel minstens een opleiding op dat niveau heeft genoten. Deze colleges zouden dan puur voor het weer ophalen van sluimerende kennis gaan.

[Verwijderd]

Mocht je je wat willen verdiepen dan hier een kleine opsomming over zo beetje alle onderwerpen, mischien ken je er iets mee (het is wel erg formule allemaal). http://www.phys.uu.nl/~thooft/theorist.html

Maar: als je inderdaad wat basis mist, dan zijn natuurkunde/schijkunde boeken middelbaar mischien beter startpunt. Er zijn ook gratis downloadboeken van niet al te hoge moeilijkheidsgraad te vinden: kijk eens op http://www.studentensupport.nl bijvoorbeeld. Voor wiskunde kan je kijken naar het basisboek wiskunde, http://staff.science.uva.nl/~craats/. En zo valt er wel meer te vinden. Daarmee kan je die college's en dergelijke die je volgt mischien eenvoudiger volgen?

[Confusion]

verleemen schreef op zaterdag 03 oktober 2009 @ 18:56:
Maar kan ik er dus ook vanuitgaan dat electronen helemaal los zonder kern kunnen bestaan?

Reken maar, dat is hoe CRT schermen werken: met behulp van vrije electronen.

[verleemen]

Verwijderd schreef op zondag 04 oktober 2009 @ 13:37:
Mocht je je wat willen verdiepen dan hier een kleine opsomming over zo beetje alle onderwerpen, mischien ken je er iets mee (het is wel erg formule allemaal). http://www.phys.uu.nl/~thooft/theorist.html

Maar: als je inderdaad wat basis mist, dan zijn natuurkunde/schijkunde boeken middelbaar mischien beter startpunt. Er zijn ook gratis downloadboeken van niet al te hoge moeilijkheidsgraad te vinden: kijk eens op http://www.studentensupport.nl bijvoorbeeld. Voor wiskunde kan je kijken naar het basisboek wiskunde, http://staff.science.uva.nl/~craats/. En zo valt er wel meer te vinden. Daarmee kan je die college's en dergelijke die je volgt mischien eenvoudiger volgen?

O ik heb absoluut geen problemen met het volgen van die lessen hoor. (eerlijk gezegd verbaast t me hoeveel ik er wel niet van begrijp, waarschijnlijk zit t m meer in de gave die muller heeft in lesgeven) In fact nog 2 en ik heb een heel trimester aan natuurkundelessen in 4 dagen tijd gevolgd, en afgezien van die krachttoer aan formules van de relativiteitstheorie ( les 21 en 22 ) begrijp ik alles wat er verteld word. Zal ook wel komen omdat ik ondertussen door de jaren heen links en rechts genoeg heb gelezen.Ik ben nogal formuleblind, Ik mis die chip in mn hoofd waarmee je moet rekenen, maar vraag me iets te visualiseren en ik doe t in mn slaap. Zo Heb ik ook m'n wiskunde op school gehaald. Rekentechnisch had ik niet meer dan een 4 verdiend, maar bij m'n mondeling heb ik mn examinator praktisch onder de tafel gelult. ( ja zo heet die term nou een maal:)

Dat niet kunnen rekenen is voor mij echt een probleem, maar gelukkig leiden meerdere wegen naar rome toe.
Het afstoten van een deel van de energie van een electron waardoor het in een lagere baan om een nucleus kan springen is voor mij dus een volledig visueel iets, Ik zie dat al het ware als een 3d animatie in mijn hoofd gebeuren. Het is volkomen logisch voor mij op die manier. Ik zie dus echt lettelijk het vacuum vibreren. dat ik t daarmee ook echt begrepen heb blijkt als mijn gevolgtrekkingen dezelfde zijn als die van mensen die dat op een wiskundigere manier bekijken. Ik zie de mogelijke banen van electronengolven als de ringen van saturnus, ook al klopt dat beeld niet helemaal, ik weet wat er zich afspeelt.

Een electron is een vortex waarvan de omtrek niet groter of kleiner kan zijn dan de radius van het energienivo waar het zich op dat moment in bevind. Die vortex heeft een radius als bij een beetje mislukte donut en dat is je electromagetische veld. wil het elektron naar een ander nivo dan moet er of iets bij of af en dat zie je dan als een foton. Als het elektron extra energie absorbeert en daardoor niet meer in die baan past en verder geen vrije banen om zijn nucleus ter beschikking heeft maar wel in de nucleus van een nabijgelegen atoom, springt het daarin en op dat moment heb je een electrische stroom... das tenminste mijn interpretatie. Of dat beeld helemaal klopt weet ik niet, maar het is een model waar ik resultaten mee kan behalen, en dat is voor mij het belangrijkst.

_{( Ik ken nu minstens 1 forummer die nu op zn achterste poten gaat staan, maar vortex in de deeltjesfisyca is niet helemaal precies als een vortex in vloeistofdynamica....red:).}

Alleen dat gedeelte van electronentransport, dat was ik tot nu nergens tegengekomen. Wel als gegeven, maar niet het hoe en wat. Kan zijn dat je dat heel mooi in een rekensommetje kan zetten, maar ik heb dus een diagram nodig waar ik naar kan kijken om dat soort dingen te begrijpen. Of in ieder geval een redelijk grafische uitleg, en die heb ik nu hier gehad. Het was de missing link waardoor nu een hoop duidelijk is voor mij.

[ Voor 33% gewijzigd door verleemen op 04-10-2009 19:39 ]