wie hängt die leitfähigkeit von der temperatur ab?

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3 Antworten

Wie der Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, wurde schon erklärt.

(Elektronen können sehr gut gerade Strecken "fliegen", werden aber bei verschobenen Atomrümpfen abgelenkt und müssen dann wieder "Fahrt aufnehmen".)

Aber es gibt auch "Halbleiter", bei denen die Valenzelektronen im Grundzustand (= Gleichgewichtszustand minimaler Energie) an ihre Atomrümpfe fest gebunden sind.

Damit ist ein Halbleiter am absoluten Temperaturnullpunkt ein Nichtleiter.

Aber ein Halbleiter hat knapp oberhalb des "Valenzbandes" (der Energieniveaus, die die Valenzelektronen im Grundzustand einnehmen) sein "Leitungsband" (Energien, die die Elektronen auch annehmen können).

Valenzband und Leitungsband liegen bei Halbleitern so dicht beieinander, dass schon die mittlere thermische Energie bei Labortemperatur (oder darunter) ausreicht, genug Elektronen ins Leitungsband "anzuheben", dass der Halbleiter merklich leitfähig wird.

Natürlich gibt es auch hier den Effekt mit mehr Stößen bei zunehmender Temperatur, aber der wird durch den Effekt "mehr Ladungsträger" weit mehr als kompensiert.

Bei Halbleitern nimmt der Widerstand also ab, wenn die Temperatur steigt.

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Kommentar von xxsunnyxx123
07.09.2016, 22:37

dankeschön :)

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Grob gesagt funktioniert der elektrische Strom in Metallen so: Die Valenzelektronen (die Elektronen der äußersten Elektronenschale) sind nicht an ihren Atomen gebunden sondern können sich frei durch den Leiter bewegen, man spricht von Elektronengas. Was dann noch von den Atomen bleibt, nennt man Atomrümpfe (Atomkerne mit allen Elektronen außer der Valenzelektronen).

Legt man an einen Leiter eine elektrische Spannung an, dann versuchen die Elektronen des Elektronengases sich zu bewegen, werden aber von den Atomrümpfen gebremst. Denn die stehen ja auch nicht still, sondern zittern chaotisch in alle Richtungen. Je höher die Temperatur, umso stärker ist dieses Zittern und umso schwieriger ist es für die Elektronen, sich an den Atomrümpfen vorbei zu kämpfen, umso höher ist der elektrischer Widerstand und umso niedriger entsprechend sie elektrische Leitfähigkeit.

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Kommentar von xxsunnyxx123
07.09.2016, 22:09

vielen vielen dank!! :D

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Wenn der Leiter warm ist, erhöht sich der Widerstand von dem Leiter, wodurch die Stromstärke nicht mehr so gut geleitet wird.

Leiter warm -> hoher Widerstand -> mehr Stromstärke geht als Wärme verloren

Leiter kalt -> niedriger Widerstand -> weniger Stromstärke geht als Wärme verloren

Es gibt z.B. Supraleiter, die so extrem gekühlt werden, dass der Widerstand an die 0 geht. 

MfG

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Kommentar von xxsunnyxx123
07.09.2016, 22:21

dankeschön, dass hat mir echt geholfen :)

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Kommentar von PWolff
07.09.2016, 22:42

Bei Supraleitern ist der Widerstand tatsächlich 0 - bei den Temperaturen und Elektronenanordnungen machen sich Quanteneffekte stark bemerkbar. Die Möglichkeit der Elektronen, mit dem Kristallgitter "zusammenzustoßen", wird quantenmechanisch "eingefroren".

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