Widerstand metallischer Leiter?

Kann mir jemand sagen welche Veränderung es da gibt und warum ?

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[newcomer]

https://de.wikipedia.org/wiki/Leiter_(Physik)#Leiter_1._Klasse

Leiter 1. Klasse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Leiter 1. Klasse, Kupferkabel

• Hinweis: Leiter 1. Klasse und 2. Klasse sind von den elektrotechnisch genormten Leiterklassen 1 bis 6 zu unterscheiden!

Leiter 1. Klasse erfahren durch die elektrische Leitung keine stoffliche Veränderung.

Metalle, Graphit und einige weitere chemische Verbindungen wie Niob(II)-oxid sind sog. Leiter 1. Klasse. Die Leitfähigkeit von Metallen (z. B. gemessen als spezifischer Widerstand) beruht nicht auf der Anzahl der Elektronen auf ihrer Außenschale (Valenzelektronen), sondern ist in erster Linie durch die Gitterstruktur vorgegeben. Metalle bilden eine Kristallgitterstruktur, in der die Elektronen nur schwach gebunden sind und als Elektronengas angesehen werden können; das heißt, die Elektronen sind mehr oder weniger frei beweglich.

Der beste elektrische Leiter ist Silber, Kupfer steht ihm kaum nach, ist aber leichter und wesentlich preiswerter. Noch mehr gilt dies für Aluminium, was die beste massenspezifische Leitfähigkeit hat. Daher kommen in der Technik im Wesentlichen Kupfer (Leitungen, Leiterbahnen, Spulen) und Aluminium (Schwingspulen von Lautsprechern) als elektrische Leiter zum Einsatz.

Die Leitfähigkeit hängt auch von der Materialtemperatur ab. Bei Metallen steigt der spezifische Widerstand mit Temperaturerhöhung geringfügig (siehe Elektrische Leitfähigkeit#Temperaturabhängigkeit); bei Kohle und Halbleitern kann der Widerstand mit Temperaturzunahme auch sinken.

Bei einigen (zum Teil auch isolierenden) Materialien kann bei sehr niedrigen Temperaturen der spezifische Widerstand auf Null springen. Diesen Zustand nennt man Supraleitung.

Quantenmechanische Betrachtung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wenn man Metalle quantenmechanisch betrachtet (Blochwellenfunktion, Fermi-Dirac-Statistik), ergibt sich, dass die Elektronen nicht jede Energie annehmen können, sondern nur in bestimmten Energiebändern existieren können – die Form dieser Bänder hängt vom Kristallgitter des Materials ab.

Die Fermi-Energie (die Energie des energiereichsten Elektrons bei der Temperatur 0 Kelvin) ermöglicht eine Unterscheidung:

1. Wenn die Fermi-Energie in einem erlaubten Band (Leitungsband) liegt, spricht man von einem Leiter.
2. Liegt die Fermi-Energie zwischen den erlaubten Bändern, ist es ein

• Isolator, wenn der energetische Abstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband groß gegenüber der thermischen Energie ist;
• sonst ist es ein Halbleiter.

Halbleiter sind eine Sonderform: Im reinen Zustand können ihre Kristallgitter stabile Elektronenbindungen aufbauen. Die Elektronen können bei höherer Temperatur in ein Leitungsband aufsteigen; daher leiten Halbleiter im Vergleich zu Metallen bei höheren Temperaturen besser.

Ein interessanter Effekt bei Halbleitern ist die Löcherleitung (auch Fehlstellenleitung): Das in das Leitungsband aufgestiegene Elektron hinterlässt ein Loch in der Bindung, das sich ähnlich einem Elektron mit positiver Ladung verhält und auch zur Leitfähigkeit beiträgt.

In Halbleiter können auch noch Fremdatome eingebracht werden – man spricht dann von Dotierung. Die Fremdatome dienen entweder dazu, zusätzliche Elektronen einzubringen – man spricht dann von n-Dotierung (z. B. Stickstoff in Siliciumkristall) – oder enthalten weniger Elektronen, um Löcher einzubringen, was p-Dotierung genannt wird (z. B. Bor in Siliciumkristall).

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