Advent, Advent, 1 Monat weihnachtliche Laufzeit geschenkt.

Nicht bis zur Bescherung warten, Aktion nur gültig bis zum 18.12.2016!

Leiter, Halbleiter, Nichtleiter und Supraleiter

Die Grundlagen der Elektrizitätsleitung sind die Einordnung in leitende und nicht leitende Materialien. Man unterscheidet in der Schule drei und wissenschaftlich vier verschiedene Kategorien:

  • Die Gruppe der Leiter. Hier finden sich alle Metalle und vereinzelte Nichtmetalle wie Graphit wieder. Die Materialien dieser Kategorie haben die Eigenschaft, bei Raumtemperatur gut elektrischen Strom zu leiten.
  • Die Gruppe der Halbleiter besteht aus den Halbmetallen und deren Legierungen. Den Elementen dieser Gruppe ist gemein, dass die Materialien bei höheren Temperaturen elektrischen Strom leiten und bei niedrigen Temperaturen nicht.
  • Die Gruppe der Nichtleiter, hier befinden sich alle Materialien, die keinen elektrischen Strom leiten.
  • Die Gruppe der Supraleiter ist ein besonderer Fall. Bei dieser Gruppe kann der elektrische Widerstand unter besonderen Rahmenbedingungen auf Null reduziert werden.

Halbleiter und ihre Dotierung

Durch die Dotierung von Halbleitern, also das Einbringen von Elementen mit einem zusätzlichen oder fehlenden Valenzelektron in ein anderes Element, kann man einen Halbleiter in die Lage versetzten, bei Raumtemperatur bereits elektrischen Strom zu leiten. Man spricht hier von p- und n-Dotierung.

Beim Halbmetall Silizium wird häufig Phosphor oder Bor eingebracht, um die Dotierung zu erzeugen. Da der 5-wertige Phosphor ein Elektron mehr besitzt als das 4-wertige Silizium, wird das Metall damit negativ, also n-dotiert. Würde man das 3-wertige Bor als Dotierelement verwenden, wäre das Halbmetall positiv, also p-dotiert. Beide Dotierungen erhöhen die Leitfähigkeit des Siliziums, da hierbei entweder freie Elektronen oder freie Löcher entstehen.

Dioden

Dioden bestehen aus einem n- und einem p-dotierten Teil. Durch diesen Aufbau haben sie eine besondere und technisch sehr wichtige Eigenschaft: Sie sind nur von einer Richtung von elektrischem Strom passierbar. Ist der Pluspol einer Spannungsquelle mit der p-dotierten Seite der Diode verbunden, kann der elektrische Strom die Diode passieren. Ist der Pluspol der Spannungsquelle mit der n-dotierten Seite der Diode verbunden, ist die Diode für den elektrischen Strom gesperrt. Man spricht von der Durchlassrichtung und der Sperrrichtung einer Diode.

Elektrischer Widerstand

Eine physikalische Größe ist für die Elektrizitätsleitung von besonderer Bedeutung: der elektrische Widerstand. Hierbei unterscheiden sich die Leiter und Halbleiter nicht nur vom Material her, sondern auch in ihrem thermischen Verhalten. Mit steigender Temperatur leiten Leiter immer schlechter, während Halbleiter bis zu einem Grenzwert immer besser leiten. Theoretisch würden auch Nichtleiter bei gewaltigen Temperaturen beginnen, elektrischen Strom zu leiten.

Technische Anwendung der Elektrizitätsleitung

Solarzelle

Anwendung findet die Elektrizitätsleitung besonders in der Transistortechnik, aber auch beim Bau von Solarzellen. Die Verwendung von Halbleitern wie Silizium machte das moderne Informationszeitalter erst möglich.

Videos in diesem Thema

Halbleiter

Halbleiter

Halbleiter spielen in der heutigen Welt eine wichtige Rolle. Man findet sie z.B. in Mikroprozessoren oder Solarzellen wieder. In diesem Video schauen wir uns an, was…

Dotierung von Halbleitern

Dotierung von Halbleitern

In diesem Video beschäftigen wir uns mit der Dotierung von Halbleitern. Dotierte Halbleiter haben besondere Eigenschaften und befinden sich in allen elektronischen…

Halbleiter und Eigenleitung

Halbleiter und Eigenleitung

Halbleiter sind ein nicht mehr wegzudenkender Teil unserer modernen Technik. Ob Solaranlagen oder Smartphone, überall finden wir Halbleiter. Doch was sind Halbleiter…

Halbleiterdiode

Halbleiterdiode

Hallo ! In diesem Video beschäftigen wir uns mit Halbleiterdioden. Das sind elektronische Bauteile, die in fast jedem Schaltkreis eingesetzt werden. Damit du verstehen…

Kondensator als Energiespeicher

Kondensator als Energiespeicher

In diesem Video lernst Du, wie ein Kondensator elektrische Energie speichern kann. Du wirst Begriffe wie Elektroden, Dielektrikum und Kapazität kennenlernen. Dazu wird…

Diode

Diode

Aufbauend auf dem Video zu Halbleitern beschäftigen wir uns in diesem Video mit der Diode. Zunächst wiederholen wir einige Grundlagen zu Halbleitern. Danach lernst du,…

Kirchhoff'sche Gesetze – Reihen- und Parallelschaltung

Kirchhoff'sche Gesetze – Reihen- und Parallelschaltung

In diesem Video erfährst du, was passiert, wenn man ohmsche Widerstände, Spulen und Kondensatoren im Wechselstromkreis parallel oder in Reihe schaltet. Es werden zuerst…

Stromfluss im Vakuum

Stromfluss im Vakuum

Hallo ! In diesem Video lernst du, dass auch durch das Vakuum hindurch ein Strom fließen kann. Das muss natürlich ein wenig anders funktionieren als im gewöhnlichen…

Leitung im Vakuum Glühemission Fotoemission

Leitung im Vakuum Glühemission Fotoemission

Du hast bestimmt schon von elektrischen Leitern gehört. In diesem Video wird erklärt was passiert, wenn Strom durch ein Kabel fließt. Dabei bewegen sich Elektronen von…

Spezifischer elektrischer Widerstand

Spezifischer elektrischer Widerstand

Jedes Material besitzt einen eigenen spezifischen elektrischen Widerstand. Der spezifische Widerstand ist ein Maß für die Spannung, die in einem Material einen gewissen…

Elektrischer Widerstand – Temperaturabhängigkeit

Elektrischer Widerstand – Temperaturabhängigkeit

In diesem Video lernst du, wie der elektrische Widerstand in Metallen und die Temperatur des Materials zusammenhängen. Dazu werden wir nocheinmal kurz wiederholen, wie…

Zwei Widerstände

Zwei Widerstände

In diesem Video beschäftigen wir uns mit den Schaltungsarten von zwei Ohm'schen Widerständen. Wir bauen sowohl eine Reihen-, als auch eine Parallelschaltung aus ihnen…

Solarzellen

Solarzellen

Eine der größten Aufgaben unserer Zeit ist es, Energie aus sogenannten erneuerbaren Energieträgern zu gewinnen, um auch in Zukunft auf dem Planeten Erde leben zu…

Dioden, LEDs und Transistoren – Halbleiter im Alltag

Dioden, LEDs und Transistoren – Halbleiter im Alltag

Jeden Tag verwendest du sie - moderne Elektronik. dieses Video zeigt dir die Vielfalt an modernen technischen Geräten, die als Gemeinsamkeit die Halbleitertechnologie…

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitfähigkeit

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitfähigkeit

Der Halbleiter, nicht Leiter und auch nicht Nichtleiter. Dieses Video zeigt dir die Eigenschaften des Halbleiters. Zunächst erfolgt die Betrachtung der Leitfähigkeit im…

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitungsvorgänge

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitungsvorgänge

Hier wird die besondere Eigenschaft der Halbleiter im mikroskopischen Bild besonders herausgearbeitet. Ausgehend vom Aufbau eines Atoms mit seiner Elektronenhülle und…

Dioden, LEDs und Transistoren – Dotieren

Dioden, LEDs und Transistoren – Dotieren

Ist die Leitung mit Löchern und Elektronen bekannt, lässt sich sehr leicht die Frage anschließen, wie man denn die Leitfähigkeit durch gezieltes zusätzliches Einbringen…

Dioden, LEDs und Transistoren – Dioden

Dioden, LEDs und Transistoren – Dioden

Im vorigen Abschnitt wird das Potenzial der Dotierung erwähnt, das ein Maßschneidern von Halbleitermaterialien für bestimmte Zwecke ermöglicht. Hier erfolgt nun…

Dioden, LEDs und Transistoren – Transistoren

Dioden, LEDs und Transistoren – Transistoren

Aufbauend auf der Funktionsweise der Diode wird der Transistor als Hintereinanderschaltung zweier Dioden eingeführt. Am Beispiel eines npn-Transistors wird erarbeitet,…

Dioden, LEDs und Transistoren – MOSFETs

Dioden, LEDs und Transistoren – MOSFETs

Heutige Speicherbausteine sind winzig und bestehen aus sehr vielen kleinsten Transistoren als Schaltern. Sie können so klein nicht als "normale" npn-Transistoren…

Arbeitsblätter zum Ausdrucken zum Thema Grundlagen der Elektrizitätsleitung

15605 dotierung von halbleitern.standbild001 Dotierung von Halbleitern Anzeigen Herunterladen
18090 halbleiter und eigenleitung.vor Halbleiter und Eigenleitung Anzeigen Herunterladen
15374 kondensator als energiespeicher.standbild001 Kondensator als Energiespeicher Anzeigen Herunterladen
Reihen  und parallelschaltung Kirchhoff'sche Gesetze – Reihen- und Parallelschaltung Anzeigen Herunterladen
874 Stromfluss im Vakuum Anzeigen Herunterladen
1 Spezifischer elektrischer Widerstand Anzeigen Herunterladen
15556 abh%c3%a4ngigkeit des elektrischen widerstandes von der temperatur in leitern.vors Elektrischer Widerstand – Temperaturabhängigkeit Anzeigen Herunterladen