Leiter und Isolatoren

Unterschiedliche Materialien werden gemäß ihrer elektrischen Leitfähigkeit klassifiziert. In Metallatomen sind üblicherweise die äußeren Elektronen, die Valenzelektronen, nur sehr schwach and den Atomkern gebunden. Diese Elektronen können sehr leicht abgelöst werden, so daß sie sich frei durch das Metall bewegen können. Sie werden daher freie Elektronen genannt. Die große Beweglichkeit der freien Elektronen und die große Anzahl mit der sie in Metallen auftreten, machen Metalle zu sehr guten Leitern für Elektrizität (und ebenso für Wärme).

Andere Substanzen wie Gummi, Glas, Holz usw. besitzen hingegen keine lose gebundenen, nahezu freien Elektronen - alle Elektronen sind stark an den Atomkern gebunden. Solche Materialien sind daher extrem schlechte Leiter.

Leiter

Elektrische Ladung kann sehr leicht fließen, d.h. mit nur sehr kleinem Widerstand, aufgrund der großen Anzahl beweglicher freier Elektronen

Beispiele: Die meisten Metalle wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Gold ... sind gute Leiter.

Isolatoren

Die Valenzelektronen der Atome oder Moleküle sind stark gebunden - es gibt keine freien Elektronen.

Beispiele: Glas, Gummi, Plastik, Keramik, ....

Halbleiter

Halbleiter sind zwischen diesen beiden Extremen anzusiedeln. Sie sind eher wie Isolatoren, die eine geringe Anzahl leitungsfähiger Elektronen besitzen. Die Leitfähigkeit von Halbleitern kann durch "Dotierung" kontrolliert werden, d.h. durch die Zugabe einer geringen, genau bestimmten Menge eines speziell ausgesuchten anderen Materials.

Beispiele: Silicium, Germanium, Galliumarsenid ... sind Halbleiter.

Praktisch die gesamte in Computern enthaltene Elektronik basiert größtenteils auf dem Gebrauch von Halbleitern.


Obwohl trockene Luft ein Isolator ist, kann feuchte Luft bestimmte Mengen elektrischer Ladung leiten. An feuchten Tagen entladen sich geladene Leiter aufgrund eines langsamen Ladungsabflusses durch die Luft - sogar wenn die Leiter ansonsten gegenüber der Umgebung isoliert sind.

Wenn die Ladung auf einem Leiter sehr groß ist, kann die Entladung durch die Luft durch einen Funken oder einen Blitz erfolgen.

Eine solche Entladung ist im Experiment gut zu sehen und zu hören.

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