Big Bang 3, Schulbuch

64 22 Elektrisch geladene Teilchen und ihre Wirkungen Metalle leiten den Strom ausgezeichnet ( A13 ), weil sie viele frei bewegliche Elektronen besitzen. Der beste Leiter ist Silber . Für elektrische Leitungen greift man aber lieber auf das viel billigere Kupfer zurück, das fast ebenso gut leitet. Für Überlandleitungen verwendet man Aluminium , weil es leichter ist und die Strommasten nicht so belastet. Ein Kern aus Stahl verleiht mehr Festigkeit ( A15 ). Zu den Leitern zählt überraschend auch Kohlenstoff . Deshalb leitet eine Bleistiftmine, weil diese aus einem Ge- misch von Kohlenstoff und Ton besteht. Probiere das mit deiner Versuchsschal- tung aus ( A13 )! Nichtleiter oder Isolatoren leiten den Strom praktisch gar nicht. Silber leitet zum Beispiel über den Daumen 10 20 -mal so gut wie Glas oder PVC, also etwa 100 Tril- lionen mal besser ( Tab. 22.1 )! Isolatoren sind daher prima geeignet, um unerwünschten Stromfluss zu ver- hindern ( A16 ). Sie werden als Kabelummantelungen eingesetzt ( B 22.25 a ), bei den Griffen von Werkzeu- gen, und um Weidezäune ( B 22.28 links) oder Über- landleitungen aufzuhängen ( B 22.28 rechts). Wenn man Stoffe sehr stark abkühlt, dann leiten sie ab einer bestimmten Temperatur plötzlich unendlich gut . Die Elektronen flutschen dann ohne Widerstand durch den Leiter und man spricht von Supraleitung . Diesen Effekt nutzt man am LHC aus ( A17 ), um die riesigen Elektromagnete ( Kap. 24.2 , S. 82 ) zu betrei- ben. Vorteil: Enorme Energieeinsparung. Nachteil: Man muss bis auf –271 °C abkühlen. Strom muss nicht immer durch Kabel fließen. Bei Funken oder Blitzen fließt der Strom durch die Luft. Und auch beim Polarlicht fließen von der Sonne aus- gespuckte Ladungen durch die Luft und bringen diese zum Leuchten ( A14 ; siehe auch Kap. 26.1 , S. 94 ). Zu guter Letzt sind da noch die Halbleiter . Wie der Name bereits vermuten lässt, liegt ihre Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Nichtleitern. Sie sind die wichtigsten Bestandteile von Computerchips oder Kamerasensoren und aus dem heutigen Leben nicht wegzudenken ( 1  Info: Ein riesiger Haufen Schalter ). Ein riesiger Haufen Schalter Der wichtigste Halbleiter ist Silizium (Si). Dieses hat vier Elektronen im äußeren Bereich seiner Hülle und ordnet sich so zu einem Kristall, dass es mit vier Nachbarn jeweils ein Elektron teilt. Arsen (As) hat fünf Außenelektronen . Wenn man es in den Kristall einbaut, hat man ein überschüssiges Elektron ( B 22.29 a ). Man nennt das n-Leiter . Bor hat drei Au­ ßenelektronen . Wenn man es in den Kristall einbaut, hat man ein Elektron zu wenig ( B 22.29 b ). Man nennt das p-Leiter . Wenn man n- und p-Leiter kombiniert, dann kann man Mikroschalter herstellen ( c und d ) und damit Mikroprozessoren bauen, die sich zum Beispiel in einem PC oder in deinem Handy befinden ( B 22.30 ). Von elektrischem Strom spricht man dann, wenn elektrische Ladungen fließen. Wenn man Materialien nach ihrer Leitfähigkeit einteilt, erhält man die Gruppen Leiter , Halbleiter und Nichtleiter . Eine Bleistiftmine besteht aus Kohlenstoff und Ton und leitet den Strom. B 22.27 Links: Isolation an einem Weidezaun Rechts: Aufhängung bei Überlandleitung im Detail B 22.28 a) n-Leiter; b) p-Leiter; c) kein Strom fließt = Schalter aus; d) Strom fließt = Schalter ein B 22.29 Smartphones sind hochleistungsfähige Kleincomputer und besitzen einen Mikrochip (Pfeil). B 22.30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv