Beweglichkeit (Physik)

Die Beweglichkeit als physikalischer Begriff ist definiert als die Proportionalitätsgröße zwischen einer Geschwindigkeit und einer Kraft:

${\vec {v}}\sim {\vec {F}}$

Mit der Beweglichkeit $\mu$ also:

${\vec {v}}=\mu {\vec {F}}$

In der Mechanik hat die Beweglichkeit somit die Einheit s*kg^-1. Historisch interessant ist, dass Aristoteles dieses Gesetz als grundlegend für seine Mechanik angenommen hat. Heute wissen wir aufgrund der Newtonschen Axiome, dass eine Kraft, die auf einen Körper wirkt, solange eine konstante Beschleunigung bewirkt, bis die Gegenkraft, etwa durch Luftreibung oder Gleitreibung, entgegengesetzt gleich groß ist. Dann ist nämlich die effektive beschleunigende Kraft exakt Null. (Dies ist im Übrigen auch der Grund, warum ein frei fallender Körper nicht immer schneller wird.)

In der Elektrodynamik wird die Beweglichkeit in leicht abgewandelter Form definiert:

${\vec {v}}\sim {\vec {E}}$

d.h.

${\vec {v}}=\mu {\vec {E}}$

wobei sich mit ${\vec {F}}=q{\vec {E}}$ die Einheit A*s*s*kg^-1 = A*s^2*kg^-1 ergibt. In diesem Fall ist $v$ die mittlere Driftgeschwindigkeit der beweglichen Ladungsträger, also Elektronen im Leitungs- oder Löcher im Valenzband. Hierbei ist zu beachten, dass im Gegensatz zu einem einzigen Körper die Geschwindigkeit der vielen vorhandenen Ladungsträger statistisch verteilt ist. Die notwendige Reibungskraft, die eine konstante Beschleunigung verhindert, ist durch die Streuung an Fehlstellen im Kristall und an Phononen gegeben. Die Elektronen untereinander streuen nur sehr selten und an den Gitteratomen eigentlich gar nicht.

Man beachte, dass aus dieser mittleren Driftgeschwindigkeit das ohmsche Gesetz folgt, da der Strom proportional zu $v$ ist und die Spannung zum elektrischen Feld.

siehe auch: Leiter (Physik), Reibung