Umso wärmer es wird, umso schlechter wird die Leitfähigkeit? (Also die Leitfähigkeit der Metalle des elektrischen Stroms)?
Die Leitfähigkeit der Metalle hängt ja von der Anzahl und der Dichte der beweglichen Elektronen ab. Aber auch von der vorherrschenden Temperatur. Umso wärmer es wird, umso schlechter wird also die Leitfähigkeit? Ich bin immer davon ausgegangen, dass gerade ja die Wärme das wichtigste ist für die Leitfähigkeit. Ist damit einfach nur gemeint wenn es zu warm wird? Weil die Wärme ist doch das, was wir brauchen für die Leitfähjgkeit oder nicht?
2 Antworten
Die elektrische Leitfähigkeit in Metallen hängt hauptsächlich von der Beweglichkeit der Elektronen ab.
Metalle haben eine hohe Dichte an freien (leitfähigen) Elektronen, die sich durch das Material bewegen können, um Strom zu leiten.
Wenn die Temperatur steigt, fangen die Atome des Metallgitters an, stärker zu schwingen. Diese Schwingungen (Gitterschwingungen) behindern die Elektronenbewegung, weil die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die Elektronen mit den schwingenden Atomen kollidieren.
Mit steigender Temperatur wird die Beweglichkeit der Elektronen geringer, und die Leitfähigkeit sinkt.
Bei sehr niedrigen Temperaturen (nahe dem absoluten Nullpunkt) können Metalle extrem hohe Leitfähigkeit aufweisen, da die Gitterschwingungen fast vollständig "eingefroren" sind.
In Halbleitern (wie Silizium oder Germanium) ist die Situation anders: Hier steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur, weil mehr Elektronen in den leitfähigen Zustand angeregt werden.
Du könntest diesen Effekt mit der metallischen Leitfähigkeit verwechselt haben. In Metallen jedoch gibt es bereits eine sehr große Anzahl an freien Elektronen, und die Wärme hat hier keinen "fördernden" Einfluss.
Metalle: Mit zunehmender Temperatur nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab, weil die Elektronenbewegung durch stärkere Gitterschwingungen behindert wird.
Halbleiter: Bei Halbleitern kann die Leitfähigkeit mit Temperatur steigen, weil mehr Elektronen leitfähig werden.
Bis zu einer gewissen Temperatur dann kehrt sich das Verhalten der Halbleiter auch um.
Wenn die intrinsische Ladungsträger dichte sehr hoch ist verhalten sie sich wie ein Metall.
Perfekt, jetzt kapier ich das. Bei den Leitern ist es also anders als bei den Halbleitern. Genau das hat mich verwirrt. Danke.
Hallo,
ja die Leitfähigkeit von Metalleitern wird etwas besser wenn es kühler wird.
Das funktioniert aber nicht bei Halbleitern,
die funktionieren ab einigen Minusgraden gar nicht mehr.
Und aus Halbleitern existiert ja unsere ganze technische Welt.
Hier sind so ca, 45 Grad Celsius nahezu ideal.
Hansi
Ja das ist normal weil der Kanal von Mosfets eher wie ein Metall wirkt.
Grundsätzlich hast du ja immer dass die intrinsische Ladungsträgerdichte mit der Temperatur steigt, der Widerstand durch streuung aber auch.
Bei Halbleitern dominiert normal der erste Effekt daher sinkt der Widerstand. Ist der Halbleiter entartet oder sind bereits viele Ladungsträger vorhanden dominiert der zweite Effekt.
Metalle sind quasi dauerhaft entartete Halbleiter.
Entartungen treten auch durch andere Faktoren auf und können auch durch Hohe Stromdichten erreicht werden, so erreicht man auch mit jeder Diode ab einer gewissen Stromgrenze den Übergang von spontaner zu induzierter Emission wodurch die Diode zu einem Laser wird.
Der Effekt beim FET kommt allerdings letztendlich dadurch, dass das Feld die Minoritätsladungsträger in den Kanal zieht und sich dadurch quasi die Dotierung verändert.
Der Grund warum hier die intrinsische Ladungsträgerdichte keine Rolle spielt kommt dann daher, dass der FET keine intrinsischen Ladungsträger benötigt und diese auch nicht rekombinieren müssen, daher können die Dinger auch so schnell schalten, also schneller als BJTs.
Hängt aber auch von der Art des Halbleiters ab. Z.B. Mosfets können anscheinend bei niedriger Temperatur eine niedrigeren Drain-Source-Widerstand in eingeschaltenen Zustand aufweisen, wie ein Metall. Siehe hier.