Video: Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen | alpha Lernen erklärt Chemie 2024
Die elektrische Leitfähigkeit in Metallen ist ein Ergebnis der Bewegung elektrisch geladener Teilchen.
Die Atome von Metallelementen sind durch das Vorhandensein von Valenzelektronen charakterisiert - Elektronen in der äußeren Schale eines Atoms, die sich frei bewegen können. Es sind diese "freien Elektronen", die es den Metallen ermöglichen, elektrischen Strom zu leiten.
Da sich Valenzelektronen frei bewegen können, können sie durch das Gitter wandern, das die physikalische Struktur eines Metalls bildet.
Unter einem elektrischen Feld bewegen sich freie Elektronen durch das Metall, ähnlich wie Billardkugeln, die gegeneinander schlagen und eine elektrische Ladung durchlassen, während sie sich bewegen.
Die Übertragung von Energie ist am stärksten, wenn es wenig Widerstand gibt. Auf einem Billardtisch geschieht dies, wenn ein Ball gegen einen anderen einzelnen Ball schlägt und den größten Teil seiner Energie auf den nächsten Ball überträgt. Wenn ein einzelner Ball mehrere andere Bälle trifft, trägt jeder nur einen Bruchteil der Energie.
Ebenso sind die wirksamsten Elektrizitätsleiter Metalle, die ein einzelnes Valenzelektron besitzen, das frei beweglich ist und eine starke Abstoßungsreaktion in anderen Elektronen hervorruft. Dies ist der Fall bei den leitfähigsten Metallen, wie Silber, Gold und Kupfer, die jeweils ein einziges Valenzelektron haben, das sich mit geringem Widerstand bewegt und eine starke Abstoßungsreaktion verursacht.
Halbleitermetalle (oder Metalloide) haben eine höhere Anzahl von Valenzelektronen (gewöhnlich vier oder mehr), so dass sie, obwohl sie Elektrizität leiten können, bei der Aufgabe ineffizient sind.
Wenn sie jedoch erhitzt oder mit anderen Elementen dotiert werden, können Halbleiter wie Silizium und Germanium äußerst effiziente Stromleiter werden.
Die Leitfähigkeit in Metallen muss dem Ohmschen Gesetz folgen, das besagt, dass der Strom direkt proportional zum elektrischen Feld ist, das an das Metall angelegt wird. Die Schlüsselvariable bei der Anwendung des Ohmschen Gesetzes ist der spezifische Widerstand eines Metalls.
Der Widerstand ist das Gegenteil der elektrischen Leitfähigkeit, um zu bewerten, wie stark ein Metall dem Stromfluss entgegenwirkt. Dies wird üblicherweise über die gegenüberliegenden Seiten eines Metalls aus einem Meter gemessen und als Ohmmeter (Ωm) beschrieben. Der Widerstand wird oft durch den griechischen Buchstaben rho (ρ) dargestellt.
Die elektrische Leitfähigkeit wird dagegen üblicherweise mit Siemens pro Meter (S⋅m -1 ) gemessen und durch den griechischen Buchstaben Sigma (σ) dargestellt. Ein Siemens ist gleich dem Kehrwert von einem Ohm.
Leitfähigkeit und spezifischer Widerstand in Metallen
Material |
Spezifischer Widerstand
|
Leitfähigkeit
|
|---|---|---|
| Silber | 1. 59x10 -8 | 6. 30x10 999 79999 Kupfer 999 1. 68 × 10 -8 |
| 5. 98x10 | 7 Getempertes Kupfer | 1. 72x10 -8 |
| 5. 80x10 | 7 Gold | 2.44x10 -8 |
| 4. 52x10 | 79999 Aluminium 2. 82x10 | -8 3. 5 × 10 999 7 999 Calcium 999 3. 36x10 |
| -8 | 2. 82x10 7 | Beryllium 4. 00x10 |
| -8 | 2. 500 × 10 999 7 999 Rhodium 999 4. 49x10 -8 | 2. 23 × 10 7 999 Magnesium 4. 66x10 |
| -8 | 2. 15x10 999 799 Molybdän 999 5. 225x10 -8 | 1. 914x10 7 |
| Iridium | 5. 289x10 -8 | 1. 891x10 7 |
| Wolfram | 5. 49x10 -8 | 1. 82x10 7 |
| Zink | 5. 945x10 -8 | 1. 682 × 10 7 999 Kobalt 999 6. 25x10 -8 |
| 1. 60x10 | 7 Cadmium 6. 84x10 | -8 1. 46 999 79999 Nickel (elektrolytisch) |
| 6. 84x10 | -8 1. 46x10 999 79999 Ruthenium 999 7. 595x10 | -8 1. 31x10 999 79999 Lithium 999 8. 54 × 10 |
| -8 | 1. 17x10 7 Eisen | 9. 58 × 10 -8 |
| 1. 04x10 | 7 Platin | 1. 06x10 -7 |
| 9. 44x10 | 6 Palladium 1. 08x10 | -7 9. 28 × 10 999 6 999 Zinn 1 999 15 × 10 999 -7 999 8. 7x10 |
| 6 | Selen 1. 197x10 | -7 8. 35 × 10 999 69999 Tantal 999 1. 24x10 |
| -7 | 8. 06x10 6 | Niobium 1. 31x10 |
| -7 | 7. 66x10 6 | Stahl (Guss) 1. 61 × 10 |
| -7 | 6. 21 × 10 6 Chrom 1. 96x10 | -7 5. 10x10 |
| 6 | Blei 2. 05x10 | -7 4. 87 × 10 999 69999 Vanadium 999 2. 61 × 10 |
| -7 | 3. 83x10 6 | Uran 2. 87x10 |
| -7 | 3. 48x10 6 | Antimon * 3. 92x10 |
| -7 | 2. 55 × 10 6 Zirkonium 4. 105 × 10 | -7 2. 44x10 999 69999 Titan 999 5. 56 × 10 |
| -7 | 1. 798x10 6 | Quecksilber 9. 58 × 10 |
| -7 | 1. 044x10 6 | Germanium * 4. 6x10 |
| -1 | 2. 17 Silicium * | 6. 40 × 10 999 2 999 1. 56x10 -3 |
| * Hinweis: Der spezifische Widerstand von Halbleitern (Metalloiden) hängt stark von der Anwesenheit von Verunreinigungen im Material ab. | Diagrammquelldaten Eddy Current Technology Inc. | URL: // Wirbelstrom. Leitfähigkeit / Leitfähigkeit-Metalle-sortiert-durch-Widerstand / Wikipedia: Elektrische Leitfähigkeit |
| URL: // en. Wikipedia. org / wiki / Elektrische_Leitfähigkeit |
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