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Leitung in Metallen

In Metallen sind infolge der Metallbindung frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen vorhanden. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen gerichtet. Es wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt.

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Entsprechend dem allgemeinen Leitungsmodell müssen für einen elektrischen Leitungsvorgang zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

  1. Vorhandensein frei beweglicher (wanderungsfähiger) Ladungsträger: Bei Metallen existieren aufgrund der Metallbindung Elektronen, die sich im Metall nahezu frei bewegen können.
  2. Existenz eines elektrischen Feldes: Das wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung erreicht.

Der Verlauf des elektrischen Leitungsvorganges in Metallen ist dadurch gekennzeichnet, dass

  • sich Elektronen im Metall gerichtet bewegen,
  • die gerichtete Bewegung der Elektronen durch Zusammenstöße mit den Metall-Ionen behindert wird,
  • beim Leitungsvorgang elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Die thermische Energie wird in Form von Wärme oder Licht an die Umgebung abgegeben.

Auftreten und Anwendung von Leitungsvorgängen in Metallen

Leitungsvorgänge in Metallen treten in allen elektrischen Leitungen auf. Unerwünscht ist dort allerdings die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme und Licht.
Leitungsvorgänge in Metallen werden z. B. bei Heizwendeln (Nutzung der Wärmewirkung) oder bei Glühlampen (Nutzung der Lichtwirkung) genutzt.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Leitung in Metallen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/physik/artikel/leitung-metallen (Abgerufen: 06. July 2025, 21:31 UTC)

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In Metallen sind infolge der Metallbindung frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen vorhanden. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen gerichtet. Der Leitungsvorgang wird durch die Ladungsträgerdichte und die Beweglichkeit der Ladungsträger bestimmt. Diese beiden Größen beeinflussen auch den elektrischen Widerstand. Bei Stromfluss in einem elektrischen Leiter wird stets ein Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umgewandelt.
Der Widerstand metallischer Leiter ist temperaturabhängig. Das kann z.B. zum Bau von Metall-Widerstandsthermometern genutzt werden.

Arbeit und Energie im elektrischen Feld

Befinden sich elektrisch geladene Körper oder Teilchen im elektrischen Feld und sind sie frei beweglich, so wirkt auf sie eine Feldkraft, die Arbeit an diesen Körpern bzw. Teilchen verrichtet. Will man umgekehrt geladene Körper oder Teilchen im Feld bewegen, so muss Arbeit verrichtet werden, wenn die Bewegung entgegen der Feldkraft erfolgen soll. Die erforderliche Feldkraft kann bei einfachen Feldformen berechnet werden.
Wird an geladenen Körpern oder Teilchen mechanische Arbeit verrichtet, so ändert sich ihre Energie. Dabei gilt für den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie der allgemeine Zusammenhang W = Δ E .

Wissenstest, Elektrische Leitungsvorgänge

Leitungsvorgänge in den verschiedenen Stoffen und im Vakuum werden in der Technik in vielfältiger Weise genutzt. Mit Überlandleitungen wird elektrische Energie übertragen. Ein Haushalt ohne Beleuchtung und die vielfältigen elektrischen Geräte wäre undenkbar. Die gesamte Halbleiterelektronik beruht auf Leitungsvorängen in Halbleitern. Im Test können Sie unter Beweis stellen, dass Sie grundlegende Kenntnisse über die elektrischen Leitungsvorgänge in den verschiedenen Stoffen und im Vakuum besitzen.

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WISSENSTEST

Blitze und Blitzschutzanlagen

Blitze sind elektrische Entladungen zwischen Wolken bzw. zwischen einer Wolke und der Erdoberfläche. Die mittlere Stromstärke beträgt ca. 40.000 A bei einem Durchmesser der Blitze von 10 bis 20 cm, ihre Länge meist 2 bis 3 km und ihre Dauer weniger als 1 s. Weltweit werden 70 bis 100 Blitze in jeder Sekunde registriert.
Blitze können erhebliche Schäden hervorrufen. Um sich vor solchen Schäden zu schützen, werden in gefährdeten Gebieten an Gebäuden Blitzschutzanlagen angebracht. Vor Blitzen geschützt ist auch ein von Metall umgebener Raum, etwa eine Pkw-Karosserie. Sie wirkt wie ein FARADAY-Käfig. Elektronische Geräte oder Kabel werden durch eine metallische Ummantelung vor starken elektrischen Feldern abgeschirmt.

Charles Augustin de Coulomb

* 14.06.1736 in Angouleme (Südfrankreich)
† 23.08.1806 in Paris

COULOMB war französischer Physiker, der sich große Verdienste um die Entwicklung der Elektrizitätslehre erworben hat. Er entdeckte u.a. das coulombsche Gesetz, das eine quantitative Aussage über die Kraftwirkung auf geladene Körper im elektrischen Feld gestattet. Damit und mit anderen Untersuchungen führte maßgeblich quantitative Betrachtungen in die Elektrizitätslehre ein und knüpfte damit an NEWTONs Vorgehen an.

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