Frage von bocaluff12, 27

Warum sind Widerstände temperaturabhängig?

kann mir das bitte jemand erklären,ich hab das heute im unterricht leider nicht so ganz verstanden

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 7

Elektronen können sich gut durch perfekte Kristalle bewegen.

Wenn in den Kristallen Störstellen sind, werden die Elektronen dort zur Seite abgelenkt und damit abgebremst. Dies ist eine Quelle des elektrischen Widerstandes.

Durch thermische Bewegung entstehen solche Fehlstellen, bei höherer Temperatur natürlich mehr, diese heilen aber auch aus, wenn die Temperatur sinkt.

Damit ist der Widerstand eines typischen Metalls bei höherer Temperatur höher als bei niedriger Temperatur.

Dies ist der wichtigste Effekt bei Metallen.

Bei Halbleitern geht dieser Effekt unter gegenüber einem anderen Effekt:

Wenn ein Halbleiterkristall kalt ist, sind fast alle Elektronen an ihrem Platz im Kristall, und der Halbleiter ist im wesentlichen ein Nichtleiter. 

Wir befinden uns hier im Mikrokosmos, wo man die Quantenmechanik berücksichtigen muss. Hier brauchen wir nur zu wissen, dass die Elektronen nicht jede beliebige Energie annehmen können, sondern nur bestimmte Energieniveaus. Während wir bei Atomen einzelne "Schalen" haben, haben wir bei einem Kristall "Bänder", viele Energieniveaus, die sehr dicht beieinander liegen, getrennt von breiteren Zwischenräumen, in denen sich kein Elektron "aufhalten" kann.

Während bei einem Metall die Elektronen eins dieser Bänder halb auffüllen, sodass sich ein Elektron mit fast gar keiner Energie aus seinem Platz im Kristall auf ein freies Energieniveau anheben kann, wo es sich frei bewegen kann, und bei Nichtleitern die Lücke zum nächsten Band sehr hoch ist, ist die Bandlücke bei einem Halbleiter sehr schmal, sodass thermische Energien ausreichen, ein Elektron aus seinem Platz im Kristall zu "befreien".

Je wärmer ein Halbleiterkristall ist, desto mehr Energie ist vorhanden, und desto mehr Elektronen können "befreit" bzw. auf das nächsthöhere Band angehoben werden.

Damit sinkt der Widerstand eines typischen Halbleiters  bei steigender Temperatur.

Antwort
von kleinerhelfer97, 16

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