Die elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Körpers, elektrischen Strom zu leiten. Die elektrische Leitfähigkeit (Symbol σ) misst die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom durchzulassen und ist umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand des Materials.
Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Einheit zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit S / m (Siemens pro Meter) oder Ω −1 · m −1 .
Die elektrische Leitfähigkeit hängt von der atomaren und molekularen Struktur des Materials ab. Die Leitfähigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit geladener Teilchen (Elektronen, positive oder negative Ionen), die in diesem Medium enthalten sind, sich frei genug zu bewegen.
Gemäß dem Ohmschen Gesetz ist die Leitfähigkeit in einer linearen isotropen Substanz der Proportionalitätskoeffizient zwischen der Dichte des resultierenden Stroms und der Größe des elektrischen Felds im Medium.
Warum sind Metalle gute elektrische Leiter?
Metalle sind gute elektrische Leiter, weil sie eine atomare Struktur mit vielen Elektronen mit schwachen Bindungen haben, die ihre Bewegung ermöglichen. Die Leitfähigkeit hängt auch von seiner chemischen Zusammensetzung und anderen physikalischen Faktoren des Materials selbst wie der Temperatur ab.
Metalle leiten Elektrizität, weil sie aus einer Ansammlung von positiv geladenen Kernen bestehen, zwischen denen sich Elektronen frei bewegen können.
Diese Elektronenwolke gehört nicht zu den einzelnen Atomen, sondern zur Menge aller. Dieses Modell erklärt qualitativ, warum Metalle Elektrizität leiten.
Warum sind Isolatoren schlechte elektrische Leiter?
Die geringe elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern und Isolatoren ist auf die Eigenschaften des Valenzbandes zurückzuführen, in dem sich Elektronen nicht bewegen können.
In Isolatoren ist die Anzahl der Elektronen genau gleich der Anzahl der im Valenzband verfügbaren Zustände. Im verbotenen Band sind offensichtlich keine elektronischen Zustände verfügbar. Dies bedeutet, dass die Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Feldes ihre Geschwindigkeit nicht erhöhen können, da es keine verfügbaren Zustände gibt, in denen sie sich schneller bewegen können, als sie es bereits tun.
Elektrische Leitfähigkeit und Stromträger
Die elektrische Leitfähigkeit aller Stoffe ist mit dem Vorhandensein von Stromträgern in ihnen verbunden. Stromträger sind bewegte geladene Teilchen (Elektronen, Ionen) oder Quasiteilchen (zum Beispiel Löcher in einem Halbleiter). Träger können sich in einem Stoff über weite Strecken bewegen.
Vereinfacht lässt sich sagen, was es bedeutet, dass ein solches Teilchen oder Quasiteilchen in einer gegebenen Substanz eine unendlich große, zumindest makroskopische, Strecke zurücklegen kann. In einigen besonderen Fällen können sich die Träger jedoch ändern, geboren werden und verschwinden und sich gegenseitig ersetzen.
Beispiele für die spezifische elektrische Leitfähigkeit einiger Stoffe
Die spezifische Leitfähigkeit wird bei einer Temperatur von +20 ° C angegeben:
|
Substanz |
S / m |
|---|---|
|
die Bezahlung |
62.500.000 |
|
Kupfer |
59.500.000 |
|
oro |
45.500.000 |
|
Aluminium |
38.000.000 |
|
reines Eisen |
10.000.000 |
|
Zinn |
8.330.000 |
|
Stahlguss |
7.690.000 |
|
Merkur |
1.040.000 |
|
Graphit |
125.000 |
|
Meerwasser |
3 |
|
destilliertes Wasser. |
10 -4 |
|
Glas |
10 -11 |