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Nichtleiter und Leiter

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Physik-Team

Nichtleiter und Leiter

lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Nichtleiter und Leiter

Nichtleiter und Leiter – 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.

Einfaches Experiment zur Überprüfung der Leitfähigkeit

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 mit Hilfe von Isolatoren an ihren Masten befestigt, damit der Strom nicht in die Erde abfließt. Auch beim Bau von Sendemasten kommen Isolatoren zum Einsatz.

Genau andersrum 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.

Dieses Video

In diesem Video lernst du die Begriffe Leiter und Nichtleiter aus der Elektrizität kennen. Du weißt nun, wie ein elektrischer Leiter in der Physik definiert ist, was im Gegensatz dazu ein Nichtleiter ist und wie man mit einem einfachen Experiment herausfinden kann, ob ein Gegenstand Strom leitet. Auch zum Thema Leiter und Nichtleiter gibt es interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt.

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!

20 Kommentare

20 Kommentare
  1. beim Titel im Video steht Nictleiter

    Von Christine B., vor 4 Monaten
  2. super gut

    Von Rock Lee, vor 4 Monaten
  3. Super gut

    Von Jjjvogt, vor 5 Monaten
  4. super Video hat mir echt weiter geholfen

    Von Maigruenchenfm, vor 6 Monaten
  5. Hallo Mathea,

    da hast du recht. Wir versuchen, das zeitnah zu beheben.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten S., vor mehr als einem Jahr
Mehr Kommentare

Nichtleiter und Leiter Übung

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

  • 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.

  • 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.

  • 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
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