Warum geht das Licht sofort an, wenn wir den Schalter betätigen? Wie schnell bewegen sich die Elektronen im Draht?

Wenn man den Lichtschalter betätigt und damit einen Stromkreis schließt, brennt die Lampe sofort.

Ist der Stromkreis offen, bewegen sich die Elektronen in allen möglichen Richtungen (Applet Spannung =0) Sobald eine Batterie angeschlossen wird, baut sich im Leiter (beinahe mit Lichtgeschwindigkeit) ein elektrisches Feld auf. Und dieses Feld beeinflusst die Bewegung der freien Leiterelektronen. Sie werden durch das angelegte Feld in Richtung auf das Ende der Schaltung beschleunigt, das an die positive Batterieklemme angeschlossen ist. Die Elektronen stoßen aneinander und an Atome und verlieren kinetische Energie (der Leiter erwärmt sich). Danach werden die Elektronen erneut beschleunigt und verlieren wiederum Geschwindigkeit durch Stoßvorgänge. Es stellt sich eine mittlere Geschwindigkeit (Driftgeschwindigkeit) ein

Die Driftgeschwindigkeit der Elektronen (=Geschwindigkeit der Elektronenwanderung) der Elektronen ist wegen ihrer zahlreichen Zusammenstößen mit den Atomrümpfen sehr klein (z. B. 0,1 mm/s). Die Geschwindigkeit der Ladungen hängt von der Art des Metalls und vom Durchmesser des Drahtes ab (normalerweise nicht über 1 mm/s).

Vergleich 1 Gartenschlauch: Wenn der Schlauch noch leer ist und wir den Wasserhahn aufdrehen, dauert es einige Sekunden bis das Wasser vom Hahn zum Schlauchende fließt. Ist der Schlauch aber schon voll, so fließt das Wasser praktisch sofort. Der Wasserdruck im Hahn drückt auf ein Wasserelement, das auf das nächste drückt usw. Die Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit aus. Jedes Wasservolumenelement, das am Hahn in den Schlauch einfließt, schiebt ein entsprechendes vorne aus dem Schlauch heraus. 
Das Verhalten der Leitungselektronen ist sehr ähnlich. Wenn der Schalter betätigt wird, breitet sich im Draht ein elektrisches Feld mit fast Lichtgeschwindigkeit aus. Die Leitungselektronen erreichen ihre Driftgeschwindigkeit fast sofort. Ladungen, die am Ende eines bestimmten Bereichs des Drahtes austreten, werden am Beginn des Bereichs aufgefüllt.

Vergleich 2: Stelle dein Fahrrad auf den Kopf, sodass sich die Räder frei drehen können Versetze das Vorderrad nun in schnelle Drehung. Wenn du das Rad drehst, dann belädt deine Hand das ganze Rad auf einmal mit Energie. Nun lege deine Hand leicht auf den Reifen, das sich drehende Rad wird langsamer und abgebremst durch Reibung. Deine Hand wird heiß. Deine Hand entzieht dem ganzen Rad Energie und das ganze Rad wird langsamer 
Ein Stromkreis ist wie das Rad des Fahrrads. Die Batterie verursacht die Bewegung aller Elektronen im Draht, sie belädt den gesamten  Stromkreis auf einmal mit Energie. Sobald sich die Elektronen bewegen, leuchtet die Glühbirne sofort auf, auch wenn sie von der Batterie weit entfernt ist. Genauso wie die Hand das ganze Rad abbremst und durch Reibung warm wird, dasselbe macht die Glühbirne. Es bremst alle Elektronen im ganzen Stromkreislauf  und sie entzieht dem ganzen Stromkreis Energie.
Quelle

Beispiele:

1) Warum wird der Buchstabe I für die Stromstärke verwendet?

Beim Start eines Autos wird durch den Zündschlüssel ein Gleichstromkreis zwischen dem positiven und negativen Pol der Autobatterie geschlossen. Wie lange brauchen die elektrischen Ladungen (Elektronen), um von einem Pol zum anderen zu gelangen? 
a) ganz minimale Zeit, da der Motor im Allgemeinen sofort anspringt.
b) etwa 10 Sekunden, da der Motor erst vorgewärmt werden muss.
c) etwa 4 Minuten, da einzelne Ladungen und Atome den Weg behindern.
d) etwa 4 Stunden, da die Ladungen auf ihrem Weg ständig mit Atomen und auch untereinander zusammenstoßen.

2). In einem geschlossenen Stromkreis bewegen sich die Elektronen mit 
a) Lichtgeschwindigkeit 
b) Schallgeschwindigkeit 
c) einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Sekunde 
d) einer Geschwindigkeit von Bruchteilen von Zentimetern pro Sekunde

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 03.08.2003