Was ist elektrische Leitfähigkeit?
Die elektrische Leitfähigkeit (EC) ist eine Eigenschaft, mit der beschrieben wird, wie gut Materialien den Elektronenfluss ermöglichen. Es wird unter Verwendung von Experimenten und mathematischen Gleichungen bestimmt. Die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen Widerstands, dh je höher die Leitfähigkeit, desto niedriger der spezifische Widerstand. Ein Leiter ist ein Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, und ein Isolator ist ein Material mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Beide Eigenschaften hängen von der Temperatur und Reinheit der Materialien ab.
Die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit folgt einem allgemeinen Muster. Metall ist ein Leiter und weist bei höheren Temperaturen eine geringere Leitfähigkeit auf. Glas ist ein Isolator und zeigt bei höheren Temperaturen eine höhere Leitfähigkeit.
Bei sehr hohen Temperaturen verhalten sich Leiter wie Isolatoren, und Isolatoren verhalten sich wie Leiter. Dieses Verhalten von Isolatoren und Leitern wird durch das Freie-Elektronen-Modell erklärt. In diesem Modell zeigen Leiter deutlich die Fähigkeit, Elektronen freizusetzen, und wenn ein Strom oder eine elektrische Kraft angelegt wird, kann die Kraft leicht um die zusätzlichen Elektronen herumdrücken.
Der Boden ist eine Mischung aus Mineralien, Salzen und organischen Stoffen. Es hat eine spezielle elektrische Leitfähigkeit, die als elektrische Bodenleitfähigkeit bezeichnet wird und die Salzmenge in einer Bodenprobe misst, die als Salzgehalt bezeichnet wird. Das Verfahren kann auch andere Bodeneigenschaften messen, bei denen der Salzgehalt niedrig genug ist. Diese Eigenschaften hängen mit dem Einfluss der Reinheit auf die EG-Daten zusammen.
Die EG-Daten einer Bodenprobe können bestimmen, wie viel Verunreinigung sich im Boden befindet. Bodenverunreinigungen sind Wasser, Luft und Mineralien. Jede Verunreinigung beeinflusst die Daten unterschiedlich, aber ein geübter Bodenwissenschaftler kann diese Informationen aus den gesammelten Daten ermitteln. Im Allgemeinen senken mehr Verunreinigungen die EG, mit Ausnahme von Mineralien, die die EG erhöhen. Verunreinigungen können auch die Verwendung von reinem Kupfer in elektrischen Leitungen erklären.
Metalle bestehen häufig aus Legierungen, einer Mischung aus zwei oder mehr Elementen. Dies ist zum Leiten von Elektrizität nicht nützlich. Die Metalle in Legierungen sind nicht die gleichen Elemente und Elektronen können nicht leicht zwischen verschiedenen Elementen fließen. Reine Metalle wie Kupferdraht weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Dies gilt nur für feste Metalle, da Lufteinschlüsse die elektrische Leitfähigkeit von Materialien verringern können.
Materialien, die keine Metalle sind, sind normalerweise gute Isolatoren. Die besten Isolatoren sind Materialien, die von Natur aus Lufteinschlüsse aufweisen, z. B. Gummi. Die Lufteinschlüsse wirken wie Verunreinigungen und stören den Elektronenfluss. Gase wie Luft sind die besten natürlichen Isolatoren. Die moderne Chemie beherrscht Isolatoren und schafft Materialien, die einen tausendfach höheren spezifischen Widerstand als Luft aufweisen.