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Nichtleiter und Leiter 06:55 min

Textversion des Videos

Transkript Nichtleiter und Leiter

Heute schauen wir Renate bei ihrem ersten Tag als Lokführerin zu. Sie sitzt im Führerstand und ist ziemlich aufgeregt. Über ihr laufen die elektrischen Leitungen, die die Energie für die Lok liefern. Langsam schiebt Renate den Regler für die Geschwindigkeit nach vorne. Doch nichts passiert. Sie hat vergessen, den Stromabnehmer rauszufahren. Doch dafür genügt ein Knopfdruck. Jetzt kann Renate endlich losfahren. Durch das Ausfahren der Stromabnehmer hat Renate den Kontakt zur Oberleitung hergestellt und einen Stromkreis geschlossen. Etwas ist allerdings eigenartig. Warum ist der Stromkreis nicht schon über den Mast geschlossen, der die Oberleitung trägt? Die Antwort darauf, erfährst du in diesem Video. Denn wir beschäftigen uns heute mit Leitern und Nichtleitern. Diese beiden Begriffe müssen wir erst einmal klären. Dann werden wir ein Experiment kennen lernen, um diese zu unterscheiden, wobei wir gleich ein paar Beispiele kennen lernen. Zuletzt schauen wir uns die Oberleitung genauer an. Kommen wir also zu den Begriffen Leiter und Nichtleiter. Hierbei handelt es sich um elektrische Eigenschaften von Materialien. Ein Material ist ein Leiter, wenn es den elektrischen Strom gut leitet. Als Nichtleiter oder Isolator wird ein Material bezeichnet, wenn es den Strom so schlecht leitet, dass es im Alltag keine Rolle spielt. Praktisch kann man also davon sprechen, dass es den Strom nicht leitet. Diese Eigenschaft können wir direkt mit einem Experiment untersuchen. Dafür brauchen wir nichts weiter als eine Lampe, eine Batterie und drei Kabel. Wir verbinden die Lampe mit einem Kabel direkt mit der Batterie. Ein weiteres Kabel befestigen wir am anderen Pol der Batterie. Das dritte Kabel verbinden wir mit dem freien Kontakt der Lampe. Verbinden wir nun die beiden freien Enden der Kabel, erhalten wir einen geschlossenen Stromkreis. Die Lampe ist das Elektrische Gerät und die Batterie die Energiequelle. Wenn wir nun die beiden Enden der Kabel wieder trennen, können wir Materialien darauf untersuchen, ob sie Leiter oder Nichtleiter sind. Bei einem Leiter sollte die Lampe leuchten und bei einem Nichtleiter sollte sie nicht leuchten. Testen wir zum Beispiel eine fünf Cent Münze. Dann leuchtet die Lampe. Das Äußere der Münze besteht aus Kupfer. Kupfer ist also ein Leiter. Weitere Leiter, die du bei dir zu Hause finden kannst, sind zum Beispiel Besteck aus Stahl oder Aluminium. Stahl und Aluminium sind Metalle und Metalle sind gute Leiter. Du kannst aber auch einmal einen Bleistift untersuchen. Der Kohlenstoff in der Miene des Bleistifts ist auch ein Leiter. Untersuchen wir jetzt einmal Wasser. Wir haben hier ein Glas destilliertes Wasser. Also sehr reines Wasser. Halten wir die Drahtenden in das Glas, sehen wir, dass die Lampe nicht leuchtet. Wir haben also auch unseren ersten Nichtleiter gefunden. Rühren wir nun aber etwas Salz in das Wasser, dann leuchtet die Lampe. Salzwasser ist also ein Leiter. Auch normales Leitungswasser enthält ein wenig Salz. Allerdings so wenig, dass es den elektrischen Strom nur schlecht leitet. Es passt also zu keiner der beiden Kategorien. Warum ändert aber Wasser seine Eigenschaften, wenn man Salz hinzugibt? Die Erklärung dafür liegt im Prinzip der Ionenleitung, was wir hier aber nicht näher ausführen wollen. Einen Nichtleiter haben wir nun schon. Weitere Nichtleiter finden wir, wenn wir eine Tasse aus Keramik oder einen Löffel aus Kunststoff untersuchen. Die Lampe leuchtet bei beiden nicht. Keramik und Plastik sind also Nichtleiter. Genauso wie Dinge aus Holz oder Gummi. Weil Gummi ein Nichtleiter ist, werden Stromkabel damit überzogen. Dadurch bleibt der Strom im metallischen inneren des Kabels. Nichtleiter nennt man ja auch Isolator. Isolieren heißt so viel wie trennen. Die Isolation des Stromkabels trennt uns also vom elektrischen Strom, der durch die Drähte im Inneren fließt. Nun können wir uns die Oberleitung der elektrisch betriebenen Lok noch einmal anschauen. Die Oberleitung besteht aus Metall, einem Leiter. Die Masten selber sind auch aus Metall. Schauen wir genauer hin, befindet sich aber zwischen Oberleitungskabel und Masten eine Halterung aus Keramik. Da Keramik ein Nichtleiter ist, wird der Stromkreis nicht über den Mast geschlossen. Natürlich ist der Raum zwischen der Oberleitung und den Schienen nicht leer. Die Luft dazwischen ist allerdings auch ein Nichtleiter. Daher fließt auch hier kein Strom. Fassen wir noch einmal zusammen: Leiter sind Materialien, die den elektrischen Strom leiten. Nichtleiter sind Materialien, die den elektrischen Strom nicht oder nur schlecht leiten. Ob ein Material ein Leiter oder ein Nichtleiter ist, findet man heraus, in dem man überprüft, ob man einen Stromkreis mit ihm Schließen kann. Zum Beispiel sind Metalle, Salzwasser und Kohlenstoff Leiter. Keramik, Kunststoff, Luft und destilliertes Wasser hingegen, sind Nichtleiter. Sicherlich findest du noch viele weitere Materialien zu Hause, die du untersuchen kannst. Viel Spaß beim Forschen. Bis zum nächsten Mal. Tschüss!

14 Kommentare
  1. Auf welche Schule geht ihr

    Von Emelie U., vor etwa 13 Stunden
  2. Cooles Video

    Von Emelie U., vor etwa 13 Stunden
  3. Tolles Video

    Von Emoji1234, vor 28 Tagen
  4. gutes video alles supa erklärt danke lg aus hannover

    Von Inga Siebert, vor etwa 2 Monaten
  5. geiles video

    Von Zaafarany, vor 6 Monaten
  1. Danke habe es richtig gut verstanden super Video👍👍

    Von Schoen, vor 11 Monaten
  2. alle rennen in den bunker auser renate die fängt die granate ps war nen tolles video

    Von Baked Toast, vor fast 3 Jahren
  3. Hallo,
    eine Energiequelle (Batterie) ist natürlich die Voraussetzung dafür, dass die Lampe überhaupt leuchtet. Die Spannung der Batterie bewirkt einen Stromfluss, der die Glühwendel letztendlich zum Leuchten bringt, solange der Stromkreis geschlossen ist. Durch die Unterbrechung des Stromkreises mit den beiden Kabeln kann man verschiedene Materialien auf ihre Leitfähigkeit überprüfen. Nur wenn die Materialien elektrischen Strom (durch die Spannung der Batterie) leiten, leuchtet auch die Lampe.

    Beste Grüße
    Deine Redaktion

    Von René Perfölz, vor fast 4 Jahren
  4. Kann es sein, dass die Lampe bei der Münze usw. leuchtet, weil dauernd die Batterie mit angeschlossen ist? Würde die Lampe auch ohne Batterie leuchten?

    Von Deleted User 221074, vor fast 4 Jahren
  5. Jau, die ist gemeint.

    Da verwirrt der Rechner etwas.

    Danke für die prompte Antwort.

    Von Klaus 11, vor etwa 4 Jahren
  6. @Klaus 11:

    Wenn du die Aufgabe 4 meinst, musst du die Lösungen selbst in die Felder eintragen.

    Von Karsten Schedemann, vor etwa 4 Jahren
  7. Bei dieser Aufgabe wird statt passender Lösungsmöglichkeiten, ein Taschenrechner angezeigt

    Von Klaus 11, vor etwa 4 Jahren
  8. ja

    Von anakin s., vor mehr als 4 Jahren
  9. DU BIST SUPER !!!!!

    Von Berg Trifft, vor mehr als 4 Jahren
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Nichtleiter und Leiter Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nichtleiter und Leiter kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib den Grund für die Auswahl von Keramik für die Halterung der Oberleitung an.

    Tipps

    Aus Keramik besteht auch das Porzellan in der Küche.

    Lösung

    Wir haben gesehen, dass Renate ihre Lok erst starten konnte, als sie die Stromabnehmer an die Oberleitung führte. Sie schließt also den Stromkreis und kann deshalb losfahren.

    Damit nicht schon vorher ein geschlossener Stromkreis besteht, derjenige zwischen Oberleitung und Mast, muss ein Isolator dies zwischen diesen beiden Komponenten verhindern. Keramik ist dafür ein sehr geeigneter Stoff, denn es leitet den Strom nicht. Deshalb leuchtet im Experiment die Lampe auch nicht, wenn wir die Tasse testen.

  • Ergänze die Sätze richtig.

    Tipps

    Ein „Leiter" leitet etwas weiter.

    Ein „Nicht-Leiter" leitet nichts weiter.

    Lösung

    Ein elektrischer Leiter besteht aus einem Material, dessen Eigenschaft es ist, Strom zu leiten. Das heißt, schließen wir einen Leiter an eine Batterie und eine Lampe zu einem Stromkreis an, leuchtet die Lampe. Bekannte Leiter sind etwa Kupfer, Aluminium und Stahl.

    Ein Nicht-Leiter besteht aus einem Material, welches den Strom nicht weiterleitet. Genauer gesagt bremst der Nicht-Leiter den Stromfluss ab oder stoppt ihn sogar ganz (Isolator). In einem Stromkreis verhindert er also einen Stromfluss. Die Lampe aus dem Versuch leuchtet also nicht, da der Isolator den Stromkreis unterbricht.

    Diese beiden Eigenschaften kann man auf unterschiedliche Weise gleichermaßen gut gebrauchen. So würde etwa eine Bahn überhaupt nicht fahren, wenn wir nur leitende oder nur nicht leitende Materialien für Oberleitung, Mast und Halterung verbaut hätten.

  • Ordne den Beispielen den passenden Begriff zu.

    Tipps

    Denke an deine alltägliche Verwendung von Elektrizität.

    Um dein Handy zu laden, muss Strom aus der Steckdose in den Akku fließen.

    Mit dem geladenen Akku kannst du dann deinen Handybildschirm oder auch ein Fotolicht betreiben.

    Lösung

    Im Video haben wir zunächst einen einfachen Stromkreis aus mehreren Kabeln, einer Batterie und einer Lampe. Wir verallgemeinern diese Begriffe in der Elektrotechnik, damit wir die Struktur des Stromkreises besser erkennen können. Deshalb bezeichnen wir die Kabel als „Leiter", die Batterie als „Energiequelle" und die Lampe als „elektrisches Gerät".

    Über den Plastiklöffel haben wir ja gelernt, dass er nicht leitet, also ein „Nicht-Leiter" ist.

  • Vergleiche die Leitfähigkeiten.

    Tipps

    Metalle sind gute Leiter.

    Keramik ist ein guter Isolator.

    Ähnliche Materialien verhalten sich meist ähnlich.

    Lösung

    Am besten leitet der Silberlöffel. Silber ist ein Metall und diese leiten stets gut. Auch der Bleistift ist ein Leiter, wie wir im Video gesehen haben, jedoch leitet er etwas schlechter als das Silber. Das Meerwasser leitet ebenfalls, jedoch ist die Leitung schwächer als die des Bleistifts. Dass nasser Sand dementsprechend zumindest ein bisschen leitet, macht dann durchaus Sinn. Es ist ja nichts anderes als trockener Sand mit Wasser, welches leitet. Ebenfalls aus dem Versuch wissen wir, dass destilliertes Wasser kein Leiter ist. Dasselbe gilt für Keramik, von dem wir gelernt haben, dass dieses ein sehr guter Isolator ist, wir gebrauchen es sogar bei der Oberleitung der Bahn. Tatsächlich sind verschiedene Keramiken genau deshalb derzeit die am meisten verwendeten Isolatoren in der Technik. Dass Glas und Keramik ähnliche Stoffe sind, wissen wir, sie werden ähnlich hergestellt, wir benutzen sie sogar ähnlich zum Teetrinken oder Essen servieren. Und auch Glas ist ein guter Isolator. Als Reihenfolge ergibt sich dann also:

    1. Silberlöffel
    2. Bleistift
    3. Meerwasser
    4. nasser Sand
    5. destilliertes Wasser
    6. Glas
    7. Porzellan
  • Ordne die Gegenstände zu.

    Tipps

    Alle Metalle leiten Strom.

    Metalle erkennt man an ihrem metallischen Glanz.

    Lösung

    Aus dem Versuch wissen wir, dass sowohl die Münze als auch der Löffel aus Metall und die Alufolie elektrische Leiter sind. Die übrigen Materialien, also Holz, Plastik und die Keramiktasse, leiten nicht. Sie sind „Isolatoren".

  • Bestimme, wie wir ermitteln können, ob ein Material leitet oder nicht.

    Tipps

    Wir benutzen im Versuch insgesamt drei Kabel.

    Ein weiteres Bauteil ist eine Batterie.

    Außerdem brauchen wir eine Lampe.

    Der elektrische Widerstand von Keramik ist größer als der von Aluminium.

    Lösung

    Um zu überprüfen, ob ein Material leitet oder nicht, können wir einen einfachen Versuch zu Hilfe nehmen. Wir schließen einen Pol einer Batterie mit einem Kabel an eine Lampe an. Das Kabel am anderen Pol der Batterie ist frei. An die Lampe schließen wir ein weiteres Kabel an, welches ebenfalls frei ist. Verbinden wir die freien Enden, fließt ein elektrischer Strom. Nun können wir verschiedene Materialien auf ihre Leitfähigkeit prüfen. Ist ein Leiter angeschlossen, so fließt ein Strom und die Lampe leuchtet. Schließen wir einen Isolator an, fließt kein Strom und die Lampe leuchtet nicht.

    Wir können mit diesem Versuch Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der leitenden und isolierenden Materialien ziehen. Ein leitendes Material stellt kein Hindernis für den Strom dar, sein elektrischer Widerstand muss also klein sein. Über einen Isolator können wir sagen, dass dessen elektrischer Widerstand hoch sein muss.

    Der elektrische Widerstand ist ein Maß für die elektrische Durchlässigkeit. Dieser sagt also aus, ob ein Material einen Stromfluss begünstigt oder ihn bremst. Je durchlässiger ein Material ist, desto kleiner ist sein Widerstand analog ist der Widerstand hoch, wenn das Material den Strom nicht gut durchlässt.

    Du kannst diesen Umstand gut mit deiner Kleidung vergleichen: Wenn du mit einem T-Shirt durch den Regen gehst, ist der Widerstand des Shirts gegen den Regen gering - das Material ist durchlässig für Wasser und du wirst nass. Trägt du eine Regenjacke, bleibst du trocken, denn das Material der Jacke hat einen hohen Regenwiderstand und ist nicht gut wasserdurchlässig.