Was leitet Strom? - Beispiele elektrischer Leitfähigkeit

Was leitet Stom?

Was leitet Strom und was leitet Strom nicht? Wie wir wissen, besitzen nicht alle Stoffe die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Um zu wissen, welcher Stoff Strom leitet oder nicht, gibt es die elektrische Leitfähigkeit. Diese gibt die Fähigkeit eines Stoffes an, elektrischen Strom zu leiten. Stoffe, die Strom leiten, werden als Leiter bezeichnet; das Gegenbeispiel stellen Nichtleiter dar. Hier erhalten Sie genauere Informationen über die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen und konkrete Beispiele von Stoffen, die Strom leiten - oder nicht. Weitere interessante Themen finden Sie in der Rubrik wissenswerte Fakten.


Elektrische Leitfähigkeit einfach erklärt

Wer sich mit der Frage “Was leitet Strom?” beschäftigt, der kann dem Begriff “elektrische Leitfähigkeit” keineswegs umgehen. Die Elektrische Leitfähigkeit gibt an, inwiefern ein Stoff elektrischen Strom leiten kann. Diese physikalische Größe trägt die Einheit Siemens pro Meter (S/m). Statt also eine Testschaltung durchzuführen, kann man auch ganz einfach die elektrische Leitfähigkeit eines Stoffes nachschauen.

Stoffe, die elektrischen Strom leiten, also Leiter sind, haben typischerweise einen Wert von über 10⁶ S/m bei Temperaturen von 25 °C. Generell gelten Metalle als besonders gute Leiter. Dabei gilt, dass besonders reine Metalle besser elektrischen Strom leiten als Legierungen.

Die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen entsteht dadurch, dass diese über bewegliche Ladungsträger verfügen. Bewegliche Ladungsträger sind beispielsweise in Metallen locker gebundene Elektronen. Wird ein Metall an den Stromkreis angeschlossen, so zieht der Plus-Pol die Elektronen zu sich. Gleichzeitig rücken aus dem Minus-Pol neue bewegliche Elektronen mit Energie an. Stoffe, die über frei bewegliche Elektronen verfügen, können Strom leiten.

Einflussfaktor Temperatur

Die beweglichen freien Ladungsträger, also die elektrische Leitfähigkeit, ist von der Temperatur abhängig. Daher wird auch bei der Angabe von der Leitfähigkeit die Temperatur von 25 °C angegeben.

Stoffe, die leiten, haben bewegliche Ladungsträger. Mit steigender Temperatur nimmt die Beweglichkeit der Elektronen allerdings ab, denn Atome fangen an, mehr zu schwingen. Demnach sinkt auch die Leitfähigkeit von Stoffen bei höheren Temperaturen.

Was leitet Strom? - Beispiele

Mit der Frage “Was leitet Strom?” will man die Antwort erhalten, welche Körper den elektrischen Strom leiten können. Mit dieser Frage beschäftigen sich bereits Kinder der jüngeren Jahrgangsstufen in den Schulen.

Mit einem einfachen Versuch, der als Testschaltung bezeichnet wird, kann man prüfen, ob ein Material Strom leitet oder nicht. Dafür wird ein Stromkreis aufgebaut und an eine Batterie oder Netzgerät angeschlossen. Zusätzlich sind eine Glühbirne und zwei Klemmen in diesem Stromkreis integriert.

Testschaltung
Testschaltung

Sobald das Testmaterial eingeklemmt ist, wird der Stromkreis mit einem Schalter geschlossen und die Glühbirne, die als Stromindikator dient, leuchtet je nachdem auf. Bei aufleuchtender Glühbirne weiß man, dass das zu testende Material elektrische Leitfähigkeit besitzt. Dieses Material wird sodann als Leiter bezeichnet. Bleibt die Glühbirne dunkel, so fließt kein Strom durch das Material. Das Material trägt die Bezeichnung Nichtleiter bzw. Isolator.

Was leitet Strom? Beispiele
Bezeichnung des Stoffes Elektrische
Leitfähigkeit gegeben?
Elektrische Leitfähigkeit in S/m
Eisen ✔️ 9,93 · 106 S/m
Kupfer ✔️ 58 · 106 S/m
Graphit ✔️ -
Gold ✔️ 45,2 · 106 S/m
Platin ✔️ 9,66 · 106 S/m
Aluminum ✔️ 37,7 · 106 S/m
Messing ✔️ 15,5 · 106 S/m
Chrom ✔️ 7,74 · 106 S/m
Silber ✔️ 62 · 106 S/m
Zink ✔️ 16,9 · 106 S/m
Blei ✔️ 4,84 · 106 S/m
Säuren ✔️ -
Plasma ✔️ -

Metalle leiten Strom Fast alle Metalle sind gute elektrische Leiter. Aluminium, Silber, Kupfer, Gold und Blei haben dabei eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit. In der Herstellung von Kabeln und Verbindungsleitern setzt man vor allem auf Kupfer und Aluminium - nicht nur wegen ihrer guten Leitfähigkeit, sondern auch der Verfügbarkeit und guter Verarbeitungsmöglichkeit.

Zusammenhang elektrischer Leitfähigkeit und Wärmefähigkeit

Bei Festkörpern, z.B. Metallen, ist zu beobachten, dass diese einen engen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit besitzen. Feste Körper mit einer guten Leitfähigkeit sind auch gute Wärmeleiter.

Allgemein versteht man unter Wärmeleitung die Wärme, die durch einen Materialkörper hindurch von Bereichen höherer Temperaturen zu Bereichen niedriger Temperatur übertragen wird. Ebenso wie es gute und schlechte Stoffe gibt, die den elektrischen Strom leiten, so gibt es auch gute und schlechte Wärmeleiter.

Was leitet Strom? - Spezialfall Halbleiter

Grob wird immer zwischen Stoffen, die elektrischen Strom leiten und Stoffen, die keinen elektrischen Strom leiten, unterschieden. Die sogenannten Halbleiter sollte man in diesem Zusammenhang ebenso nicht vernachlässigen.

Als Halbleiter bezeichnet man Stoffe, die Eigenschaften von Leitern und Nichtleitern besitzen. In Halbleitern liegen im Ausgangszustand keine freien Elektronen frei - wie dies der Fall bei Leitern ist. Halbleiter haben daher zunächst die Eigenschaften von Nichtleitern.

Die Eigenschaften von Halbleitern ändern sich, sobald sie Temperaturen, Licht oder elektrischen Feldern ausgesetzt werden. Dabei lösen sich Außenelektronen von den Atomen, an die sie gebunden sind und dies führt dazu, dass Halbleiter zu Leitern werden.

Verwendung von Halbleitern Elektrische Halbleiter werden besonders in der Elektrotechnik geschätzt. Sie eignen sich bestens für die Herstellung von Computerchips, Displays oder Solarzellen. Einzig die Eigenschaft, dass Materialien wie Silizium oder Germanium spröde und leicht zerbrechlich sind, reduziert sie in der Verwendung von Bauelementen mit mechanischer Belastung.

Was leitet Strom? - Spezialfall Halbleiter
Bezeichnung des Stoffes Elektrische Leitfähigkeit in S/m Anwendungsbeispiele
Silicium (Si) 2,52 10-4 S/m Diode, Dehnungsmessstreifen, Transistor, Solarzelle,
Germanium (Ge) 1,45 S/m NTC-Widerstand, integrierter Schaltkreis, Diode
Selen (Se) 1,0 · 10−10 S/m Nahrungsergänzung, Anti-Schuppen-Haarschampoos
Bor (B) 1,0 · 10−4 S/m Hartstoffherstellung, Feuerwerksartikel
Tellur (Te) 0,005 S/m Zusatz für Stahl, Verbindungshalbleiter
Galliumarsenid (GaAs) - LED, Display, Laserdiode
Indiumarsenid (InSb) - LED, Display, Hallgenerator, Feldplatte
Cadmiumsulfid (CdS) - Fotoelement, Solarzelle, LDR,

Beispiele: Was leitet keinen Strom?

Nichtleiter stellen das Gegenbeispiel von Leitern dar. Stoffe, die keine elektrische Leitfähigkeit besitzen, werden entweder als Nichtleiter oder auch Isolatoren bezeichnet. Typische Nichtleiter sind Kunststoffe, Glas und Keramik.

Isolatoren verwendet man üblicherweise, um elektrische Leiter voneinander elektrisch zu isolieren. Ein idealer Nichtleiter leitet gar keinen elektrischen Strom und hat einen unendlich hohen Widerstand. Ideale Nichtleiter haben absolut keine freien elektrischen Ladungsträger. Die elektrische Leitfähigkeit von guten Isolatoren liegt unter 10−8 S/m.

Beispiele; Was leitet keinen Strom?
Bezeichnung des Stoffes Elektrische
Leitfähigkeit gegeben?
Kunststoff
Glas
Porzellan
Papier
Reines Wasser (H2O)
Öle, Fette
Gummi
Gase (z.B. Argon, Sauerstoff)
Holz
Bernstein

Wissenswert: Seit wann gibt es Strom?

Bereits in der Antike erforschte man die Elektrizität und studierte die elektrische Ladung, die durch das Reiben erzeugt wird. Erst in den frühen 1700er-Jahren begann man dem Strom “wie wir es heute kennen”, näher zu kommen.

Dabei fand der Naturphilosoph Francis Hauksbee heraus, dass das Drehen einer Glaskugel Elektrizität erzeugt. Später entdeckten weitere Forscher, dass man Elektrizität über weite Strecken übertragen kann - dies alles führte immer näher zur Verwendung von Strom, den wir heute kennen.

Erst in den 1880er-Jahren wurden in Deutschland erste Laternen mit Strom betrieben. Dieser Schritt kennzeichnet den Anfang der Elektrifizierung in Deutschland und den Einzug von Strom in Haushalten. Weitere Jahren mussten vergehen, bis endlich in den 1920er-Jahren Privathaushalte im großen Stile Strom nutzen.

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Exkurs: Was ist Strom überhaupt?

Am besten kann Strom aus der Sicht der Elektrotechnik definiert werden. In der Elektrotechnik versteht man unter elektrischem Strom die Bewegung elektrischer Ladungen. Diese elektrische Ladungen bewegen durch ein Vakuum oder Stoff (z.B. Kupferdrähte).

Es gibt dabei positive und negative Ladungen, die entweder Ionen oder Elektronen sein können. Wenn es also einen Stromfluss gibt, so haben die elektrische Ladungsträger gerichtete Bewegungen. In der Elektrotechnik wird Strom mit “I” abgekürzt und die Einheit für Stromstärke mit “A”.

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