Spezifischer Widerstand
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| Ohmsches Gesetz | Widerstand | |
Verschiedene Materialien leiten den elektrischen Strom unterschiedlich gut, sie besitzen einen werkstoffspezifischen elektrischen Widerstand ρ. Der Widerstand R eines elektrischen Leiters wird im wesentlichen von 4 Größen beeinflusst:
- Material, d. h. Kupfer ist ein guter Leiter bzw.: Je besser der Leiter, desto kleiner der Widerstand.
- Querschnittsfläche A: Je größer der Querschnitt, desto kleiner der Widerstand.
- Länge l: Je länger ein Leiter, desto größer der Widerstand.
- Temperatur T: Der Widerstand ist temperaturabhängig, je nach Material unterscheidet man:
- Kaltleiter, d.h. der Widerstand nimmt bei Erwärmung zu (positiver Temperatur-Koeffizient, PTC, dies ist der "Normalfall" bei den üblichen Leiterwerkstoffen wie Kupfer). Anwendungsbeispiel: elektrische Widerstandsheizungen wie die Glühstiftkerze eines Dieselmotors
- Heißleiter, d.h. der Widerstand nimmt bei Erwärmung ab (negativer Temperatur-Koeffizient, NTC, dies ist bei besonderen Werkstoffen wie den Halbleitern Graphit oder Silicium der Fall). Anwendungsbeispiel: Temperatursensor
Bezieht man den spezifischen Widerstand auf eine bestimmte Temperatur (z. B. 20 °C), gilt zusammenfassend:
| R · A | ||
| ρ | = | ──── |
| l |
Übliche Einheiten sind Ω · m (durch Kürzung von Ω · m2/m) ODER Ω · mm2/m) = µΩ · m ODER Ω · cm.
Umrechnungsfaktoren:
- 1 Ω · m = 100 Ω · cm = 106 µΩ · m
In der Praxis muss also genau auf die Einheit geachtet werden!
Beispiele:
- Kupfer als guter elektrischer Leiter hat den spezifischen Widerstand 0,017 Ω · mm2/m (= µΩ · m) ABER 1,7 · 10-8 Ω · m (= Ω · m2/m).
- Hochreines Silicium als Halbleiter besitzt einen für die meisten technischen Anwendungen zu hohen spezifischen Widerstand. Um diesen zweckmäßig zu verkleinern, wird das Silicium gezielt verunreinigt ("dotiert"), z.B. durch Zugabe kleinster Mengen an Bor. Ein Bor-dotierter Wafer wird z.B. mit dem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm · cm angegeben. Dies entspricht 100 µΩ · m, ist also ca. um den Faktor 6.000 größer (schlechter) als bei Kupfer!
Der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist die elektrische Leitfähigkeit.
Experimente
- NTC, Heißleiter: Bleistift, Papier, Lineal, Multimeter, ggf. IR-Thermometer
- PTC, Kaltleiter: Glühlampe, Heizplatte, Multimeter, ggf. IR-Thermometer
Weblinks
- Spezifischer Widerstand als Google-Suchbegriff
- Spezifischer Widerstand in der Wikipedia
- Spezifischer Widerstand hier in bs-wiki.de mit Google
- Spezifischer Widerstand als Youtube-Video
- Simulationsprogramm der Uni Colorado zur Veranschaulichung des spezifischen Widerstandes
- Virtuelles Experiment zum spezifischen Widerstand von Heiko Hauenstein
