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Elektrizitätsleitung und Diffusionsspannung

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Steckbrief

Elektrizitätsleitung

Festkörper teilt man hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit in Metalle, Halbleiter und Isolatoren ein. Metalle leiten sehr gut, da sich in ihnen die Elektronen frei bewegen können. Isolatoren leiten dagegen fast überhaupt nicht.

Im Vakuum sind Elektronen völlig frei beweglich. Sie können dort durch eine Spannungsdifferenz beschleunigt werden, was man sich z.B. in der Röntgenröhre zu Nutze macht.

Wenn schnelle Elektronen in Gasen auf Gasmoleküle stoßen, können sie diese ionisieren, was wiederum neue Ionisationen und weitere Stoßprozesse auslöst. Das Gas kann dadurch leitend werden oder es kann sogar zur Gasentladung kommen.

Lösungen mit geladenen Ionen sind Elektrolyte. Legt man an diese eine Spannung an, kommt es zur Elektrolyse.

Diffusionsspannung

Eine Diffusionsspannung entsteht dort, wo Ionen durch eine semipermeable Membran diffundieren und gleichzeitig eine Ladungstrennung stattfindet (z.B. an einer Zellmembran). Die Diffusionsspannung kann mit der Nernst-Gleichung berechnet werden.

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    Elektrizitätsleitung

    Festkörper

    Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit teilt man Festkörper in Metalle, Halbleiter und Isolatoren ein.

    Metalle

    In Metallen bewegen sich Elektronen relativ frei und ungestört. Die Elektronen in Metallen werden nicht durch die anderen Elektronen gestört, sondern nur durch Defekte im Metallgitter und durch die thermische Bewegung der Gitterionen. In Metallen kann elektrischer Strom und gleichzeitig damit auch elektrische Energie transportiert werden.

    Halbleiter

    Halbleiter haben eine wesentlich geringere Leitfähigkeit als Metalle. Reine Halbleiter sind Isolatoren bei tiefen Temperaturen. Entweder durch Temperatur oder durch Einbringen von Fremdatomen (Dotieren) werden Halbleiter geringfügig leitfähig. Die Konzentration der Fremdatome liegt dabei im ppm-Bereich.

    Isolatoren

    In Isolatoren sind alle Elektronen so stark gebunden, dass auch durch Temperaturerhöhung keine Leitfähigkeit zustande kommt.

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      zuletzt bearbeitet: 03.11.2022
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. Dr. Hartmut Zabel, 29.01.2022
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