Was ist elektrische Leitfähigkeit?

Wenn wir über die Eigenschaft dieses oder jenes Körpers sprechen, den Durchgang von elektrischem Strom durch ihn zu verhindern, verwenden wir normalerweise den Begriff „elektrischer Widerstand“. In der Elektronik gibt es praktischerweise sogar spezielle mikroelektronische Komponenten, Widerstände mit dem einen oder anderen Nennwiderstand.

Es gibt aber auch den Begriff „elektrische Leitfähigkeit“ oder „elektrische Leitfähigkeit“, der die Fähigkeit des Körpers charakterisiert, elektrischen Strom zu leiten.

Da der Widerstand umgekehrt proportional zum Strom ist, Die Leitfähigkeit ist direkt proportional zum Strom, das heißt, die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des elektrischen Widerstands.

Der Widerstand wird in Ohm und die Leitfähigkeit in Siemens gemessen. Tatsächlich sprechen wir aber immer von der gleichen Eigenschaft des Materials – seiner Fähigkeit, Elektrizität zu leiten.

Die elektronische Leitfähigkeit legt nahe, dass die Ladungsträger, die den Strom in der Materie bilden, Elektronen sind. Erstens verfügen Metalle über eine elektronische Leitfähigkeit, obwohl fast alle Materialien dazu mehr oder weniger fähig sind.

Je höher die Temperatur des Materials ist, desto geringer ist seine elektronische Leitfähigkeit, da mit zunehmender Temperatur die thermische Bewegung zunehmend die geordnete Bewegung der Elektronen stört und somit einen gerichteten Strom verhindert.

Je kürzer der Draht, desto größer seine Querschnittsfläche, desto größer die Konzentration freier Elektronen darin (je niedriger der spezifische Widerstand) und desto größer die elektronische Leitfähigkeit.

In der Elektrotechnik kommt es in der Praxis vor allem darauf an, elektrische Energie verlustarm zu übertragen. Aus diesem Grund Metalle spielt dabei eine äußerst wichtige Rolle. Vor allem diejenigen von ihnen, die die maximale elektrische Leitfähigkeit haben, also die kleinste spezifischer elektrischer Widerstand: Silber, Kupfer, Gold, Aluminium. Die Konzentration freier Elektronen ist in Metallen höher als in Dielektrika und Halbleitern.

Es ist wirtschaftlich am rentabelsten, Aluminium und Kupfer als Leiter elektrischer Energie aus Metallen zu verwenden, da Kupfer viel billiger als Silber ist, gleichzeitig aber der elektrische Widerstand von Kupfer nur geringfügig höher ist als der von Silber bzw. die Leitfähigkeit von Kupfer sehr wenig weniger als Silber. Andere Metalle sind für die industrielle Herstellung von Drähten nicht so wichtig. 

Gasförmige und flüssige Medien, die freie Ionen enthalten, besitzen eine Ionenleitfähigkeit. Ionen sind wie Elektronen Ladungsträger und können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes durch das Volumen eines Mediums bewegen. Eine solche Umgebung kann sein Elektrolyt… Je höher die Temperatur des Elektrolyten, desto höher ist seine Ionenleitfähigkeit, denn mit zunehmender thermischer Bewegung nimmt die Energie der Ionen zu und die Viskosität des Mediums ab.

Fehlen Elektronen im Kristallgitter des Materials, kann es zur Lochleitung kommen. Elektronen tragen eine Ladung, wirken aber wie Leerstellen, wenn sich die Löcher bewegen – Leerstellen im Kristallgitter des Materials. Freie Elektronen bewegen sich hier nicht wie eine Gaswolke in Metallen.

Die Lochleitung erfolgt in Halbleitern auf Augenhöhe mit der Elektronenleitung. Mit Halbleitern in verschiedenen Kombinationen können Sie die Leitfähigkeit steuern, die in verschiedenen mikroelektronischen Geräten gezeigt wird: Dioden, Transistoren, Thyristoren usw.

Zunächst wurden Metalle bereits im 19. Jahrhundert als Leiter in der Elektrotechnik verwendet, zusammen mit Dielektrika, Isolatoren (mit der niedrigsten elektrischen Leitfähigkeit) wie Glimmer, Gummi, Porzellan.

In der Elektronik sind Halbleiter weit verbreitet und nehmen einen ehrenvollen Zwischenplatz zwischen Leitern und Dielektrika ein. Die meisten modernen Halbleiter basieren auf Silizium, Germanium und Kohlenstoff. Andere Substanzen werden deutlich seltener verwendet.