Elektrische Leiter und Nichtleiter

Nichtleiter und Leiter in der Physik

Hast du dich schon einmal gefragt, warum wir nichts vom Stromfluss bemerken, wenn wir ein Kabel anfassen, das in der Steckdose steckt? Das liegt daran, dass es elektrische Leiter und auch Nichtleiter gibt. Dazu lernst du im Folgenden mehr.

Was ist ein elektrischer Leiter?

Ein elektrischer Leiter ist per Definition ein Material, das elektrischen Strom sehr gut leitet. Man sagt auch, dass ein Leiter eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat.

Beispiele für elektrische Leiter sind:

• Silber
• Kupfer
• Aluminium
• Eisen
• Meerwasser

Du siehst, dass es sich dabei häufig um Metalle handelt. Metalle haben nämlich viele freie Ladungsträger – in diesem Fall sind das die Elektronen. In einem geschlossenen Stromkreis dienen die freien Ladungsträger dazu, den Strom zu transportieren.

Aber auch Flüssigkeiten können eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben. Diese ist deutlich niedriger als die von Metallen, aber immer noch viel größer als die von Nichtleitern. Wir haben hier als Beispiel Meerwasser aufgelistet. Meerwasser enthält viele Salze, die im Wasser sogenannte Ionen bilden. Auch die Ionen dienen als freie Ladungsträger und somit dem Stromtransport. Leitungswasser enthält deutlich weniger Salze als Meerwasser und hat dadurch eine wesentlich niedrigere elektrische Leitfähigkeit. Im destillierten Wasser sind nahezu keine Salze vorhanden, wodurch die Leitfähigkeit verschwindend gering ist.

Mehr zu Ladungsträgern und Stromtransport lernst du in den Videos zum Thema Stromstärke.

Was ist ein elektrischer Nichtleiter?

Du kannst dir jetzt vermutlich schon denken, was ein Nichtleiter ist. Er ist definiert als Material, das Strom nahezu gar nicht leitet. Die elektrische Leitfähigkeit wird zwar niemals null, ist aber so gering, dass man sie vernachlässigen kann.

Beispiele für Nichtleiter sind:

• Glas
• Keramik
• Plastik
• Gummi
• Holz

Anders als Leiter enthalten Nichtleiter keine bzw. nahezu keine freien Ladungsträger. Die Ladungsträger sind meist an bestimmten Positionen im Material gebunden und daher nicht beweglich. Nichtleiter werden auch als Isolatoren bezeichnet, da man mit ihnen Stromflüsse unterbrechen bzw. Spannungen voneinander trennen kann.

Experimente zur Überprüfung der Leitfähigkeit

Wenn du überprüfen möchtest, ob ein Material ein Leiter oder ein Nichtleiter ist, dann kannst du dazu ein einfaches Experiment durchführen. Du benötigst nur eine Batterie, eine Glühlampe und drei Kabel. Du verbindest Batterie und Glühlampe, schließt den Stromkreis aber nicht: An die noch offenen Enden der Kabel kannst du nun zum Test verschiedene Gegenstände halten. Handelt es sich dabei um einen Leiter, leuchtet die Lampe. Bei einem Nichtleiter leuchtet sie nicht.

Wenn du zum Beispiel eine 5-Cent-Münze testest, siehst du, dass die Glühlampe leuchtet. Die Münze hat eine Kupferschicht, sie leitet also den Strom. Der Stromkreis ist geschlossen.

Anwendungen von Leitern und Nichtleitern

Jetzt ist dir vermutlich klar, warum ein Kabel von einer Gummischicht umgeben ist. Gummi ist ein Nichtleiter oder Isolator, durch dieses Material fließt also kein Strom. Daher können wir das Kabel problemlos anfassen. Vorsichtig sollte man jedoch dann sein, wenn das Gummi eine kaputte Stelle hat und die Gummischicht lückenhaft ist.

Isolatoren werden eigentlich überall da verwendet, wo kein Strom fließen soll. Zum Beispiel werden Freileitungen mithilfe von Isolatoren an ihren Masten befestigt, damit der Strom nicht in die Erde abfließt. Auch beim Bau von Sendemasten kommen Isolatoren zum Einsatz.

Genau andersherum verhält es sich natürlich mit elektrischen Leitern: Diese werden eingesetzt, um möglichst effizient Strom zu transportieren. Das kann zum Beispiel im Kabel selbst sein: Das Innere des Kabels, die Ader, besteht meist aus Kupfer. Freileitungen bestehen häufig aus Aluminium, da Aluminium deutlich leichter ist als Kupfer. Aber auch auf kleinen Computerchips gibt es Leiterstrukturen, zum Beispiel aus Gold.