Fragen der elektrischen Leitfähigkeit sind im Beruf eines Elektrikers und Elektroinstallateurs von entscheidender Bedeutung. Die elektrische Leitfähigkeit oder der Leitwert beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Strom zu leiten. Wenn Sie eine Elektroinstallation modernisieren oder neue Geräte an ein bestehendes System anschließen, müssen Sie daher die Leitfähigkeit der verwendeten Materialien kennen. Nur wenn Sie wissen, wie ein bestimmter Rohstoff Strom leitet, können Sie sichere Stromkreise bauen.
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Einheiten der elektrischen Leitfähigkeit und des Leitwerts
Der geordnete Fluss elektrischer Ladungen in Anlagen ist für einen effizienten und störungsfreien Betrieb unerlässlich. Ein Schlüsselbegriff für jeden Installateur ist die Leitfähigkeit. Bei der Auswahl von Materialien zum Anschluss von Installationselementen wie elektrischen Geräten und modularen Geräten müssen verschiedene Parameter berücksichtigt werden:
- elektrische Leitfähigkeit,
- aktuell,
- Widerstand oder Impedanz,
- die Größe des elektrischen Feldes,
- Spannung des fließenden Stroms.
Bei der Auswahl von Kabeln und Leitungen für die Modernisierung oder den Neubau einer Elektroanlage muss zunächst der erforderliche Stromfluss im jeweiligen System berücksichtigt werden. Die Leitfähigkeit wird in Siemens (SI) angegeben, und der Name selbst stammt von einem berühmten Konstrukteur, dessen Hauptarbeitsgebiet die Elektrotechnik war – Werner Siemens.
Die elektrische Leitfähigkeit umfasst drei wichtige Einheiten: die Länge des Leiters, die Querschnittsfläche des Elements und Sigma oder die spezifische Leitfähigkeit des Materials.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen elektrischer Leitfähigkeit und Widerstand?
Elektrische Leitfähigkeit und Widerstand hängen eng zusammen, sind aber gegensätzliche Maße für die elektrischen Eigenschaften eines Materials. Die elektrische Leitfähigkeit gibt die Fähigkeit eines Materials an, elektrischen Strom zu leiten, während der elektrische Widerstand angibt, wie stark sich ein Material dem Stromfluss widersetzt.
In der Praxis weist ein Material mit hoher Leitfähigkeit (wie Kupfer oder Aluminium) einen geringen Widerstand auf, was den Stromfluss erleichtert. Materialien mit hohem Widerstand, wie beispielsweise Isolatoren (z. B. Gummi), weisen wiederum eine geringe Leitfähigkeit auf, was den Stromfluss behindert und sich daher ideal als Isolatoren für Installationskabel eignet.
Als Installateur müssen Sie wissen, dass der Widerstand eines Materials von seinen spezifischen Eigenschaften abhängt, beispielsweise von der Anzahl der freien Elektronen. In Leitern wie Kupfer können sich diese Elektronen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes frei durch das Material bewegen, was zu einem niedrigen Widerstand und einer hohen Leitfähigkeit führt.
Was beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit von Materialien?
Es gibt verschiedene Faktoren, die den Stromfluss durch ein bestimmtes Material beeinflussen. Die Intensität des Stroms selbst ist dabei nicht so wichtig. Entscheidend sind Widerstand und Leitfähigkeit.
Faktoren, die die Stromleitfähigkeit eines Materials beeinflussen, sind:
- Temperatur – in der Praxis kann eine Änderung der Temperatur beispielsweise von Kupfer oder einer leitfähigen Flüssigkeit Auswirkungen darauf haben, wie sich die Leitfähigkeit eines bestimmten Materials ändert.
- Verschmutzungsgrad des Leiters – Beispiel: oxidiertes Silber leitet schlechter als angelaufenes Silber.
- Elektromagnetisches Feld – wenn es verstärkt wird, kann der Stromfluss in einem Material verlangsamt werden.
- Frequenz – die Anzahl der Schwingungszyklen eines elektrischen Wechselstroms pro Sekunde (gemessen in Hertz).
In vielen Materialien erfolgt die Leitung über Bandelektronen. In Elektrolyten transportiert das Material jedoch ganze Ionen mit ihrer elektrischen Nettoladung.
Die besten Leiter mit hervorragenden elektrischen Leitfähigkeitswerten sind Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Zink, Nickel und Messing. Denken Sie auch daran, dass in Leitern immer freie Elektronen zirkulieren, in Halbleitern hingegen Elektronen. Bei Elektrolyten handelt es sich um Ionen.