Die elektrische Leitfähigkeit (spezifischer Leitwert) ist eine spezifische Materialkonstante. Der spezifische Leitwert gibt an, wie leitfähig ein bestimmtes Material ist. Da die Leitfähigkeit, also die Beweglichkeit freier Ladungsträger im Material temperaturabhängig ist, wird die Leitfähigkeit bei einer Temperatur von 20°C angegeben.
Spezifischer Leitwert nach elektrischen Stoffklassen
Man unterscheidet verschiedene Arten von Stoffen nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit. Bei Festkörpern wie Metallen gibt es einen engen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit. Gute elektrische Leiter sind auch gute Wärmeleiter und umgekehrt.
Leiter (Metalle)
Silber
Kupfer
Aluminium
Halbleiter
Germanium
Silizium
Selen
Galliumarsenid
Nichtleiter (Isolatoren)
Porzellan
Glas
Kunststoffe
Leiter (Metalle)
Metalle zählen zu den sehr guten Leitern – sie haben einen hohen spezifischen Leitwert (elektrische Leitfähigkeit). ich versuche hier nicht tiefer in die Physik und das Atommodell einzusteigen, das ist für das Verständnis der Leitfähigkeit aber auch nicht nötig. Setzt man einen Leiter einer elektrischen Spannung aus, dann bewegen sich die freien Elektronen in eine bestimmte Richtung. Es fließt ein Elektronenstrom vom Minuspol zum Pluspol. In Metallen ist die Zahl der freien Ladungsträger sehr groß (ein freies Elektron pro Atom), die elektrische Leitfähigkeit ist hoch.
Nichtleiter (Isolatoren)
Nichtleiter oder auch Isolatoren haben eine besonders niedrige und damit schlechte Leitfähigkeit. Isolatoren (Isolierstoffe) werden üblicherweise eingesetzt, um elektrische Leiter voneinander elektrisch zu trennen (isolieren). Zu den Nichtleitern zählen Feststoffe wie Kunststoff, Gummi, Glas, Porzellan, Papier. Aber auch Flüssigkeiten wie destiliertes Wasser (H2O) sowie Fette und Öle.
Halbleiter
Halbleiter stellen eine Besonderheit dar. Die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern liegt zwischen der von Metallen und Isolatoren. Halbleiter zeichnen sich dadurch aus, dsas die Elektronen erst durch äußere Einflüsse, wie Druck, Temperatur, Belichtung oder Magnetismus frei werden. Erst durch diese äußeren Einflüsse setzt die Leitfähigkeit von Halbleitern ein.
Zu den Halbleiterstoffen zählen zum Beispiel Silizium, Germanium und Selen.
Spezifischer Leitwert: Formelzeichen
Üblicherweise wird als Formelzeichen der elektrischen Leitfähigkeit das γ (gamma), manchmal auch das kleine κ (kappa) oder σ (sigma) verwendet. Leider ist das nirgends genau definiert. In vielen Lehrbüchern und zu meiner Lehrzeit wurde das γ (gamma) verwendet, was ich auch auf diesem Blog fortführe.
Maßeinheit
Die Maßeinheit der elektrischen Leitfähigkeit (Spezifischer Leitwert) ist:
Spezifischer Leitwert: Formeln
Die elektrische Leitfähigkeit) ist der Kehrwert des spezifischen Widerstandes, daher auch spezifischer Leitwert.
