Leiter und Isolatoren


Zuhause wirst du bestimmt schon ein elektrisches Gerät an eine Steckdose angeschlossen haben. Obwohl eine tödliche Spannung von 230 Volt bei der Steckdose vorhanden ist, konntest du den Stecker einstecken, ohne dass du dich verletzt hast. Warum?

Wie du sicher bereits weißt, kann der Kunststoff, welcher das Metall des Steckers umhüllt, keinen elektrischen Strom leiten.

Ein Material, das elektrischen Strom sehr schlecht leiten kann, nennt man einen elektrischen Isolator.

Wenn du in die Steckdose anstelle eines isolierten Steckers zwei Nägel einführen würdest, wäre das wahrscheinlich tödlich für dich. Also komm niemals auf die Idee so etwas dummes zu tun!

Ein Material, das elektrischen Strom sehr gut leiten kann, nennt man einen elektrischen Leiter.


Experiment 01:

Starte die Stromkreis-App (Intro) in einem neuen Fenster, indem du auf den folgenden Link klickst: Elektrischer Stromkreis.
Du kannst zwischen dieser Anleitung und der App wechseln, indem du oben in deinem Browser auf die entsprechenden Tabs klickst.

Quelle: PhET

Wechsle zur Stromkreis-App und baue folgenden Stromkreis auf. Die Gegenstände findest du in der linken Leiste, wenn du auf den kleinen Pfeil nach unten klickst.

Stromkreis-App 1

Setze einen dieser Gegenstände in den Stromkreis ein, indem du den einen Anschluss mit dem linken freien Kabelende und den anderen Anschluss des Gegenstands mit dem rechten freien Kabelende verbindest. Prüfe dann, ob dieser Gegenstand elektrischen Strom leitet, indem du den Schalter schließt und beobachtest, ob das Licht leuchtet.

Um einen Gegenstand aus dem Stromkreis zu entfernen, klicke

  • auf den linken Anschluss und dann auf die Schere
  • auf den rechten Anschluss und dann auf die Schere und verschiebe den Gegenstand aus dem Stromkreis

Stromkreis-App 2

Wiederhole das Experiment mit allen Gegenständen.
Welche Materialien können Strom gut leiten und welche können Strom schlecht leiten?


Beobachtung:

Metalle können elektrischen Strom sehr gut leiten!

Andere Materialien können elektrischen Strom kaum leiten. Wenn man jedoch die elektrische Spannung vergrößert, können auch andere Materialen als nur Metalle dazu gebracht werden elektrischen Strom zu leiten.


Warum gibt es unterschiedlich gute Leiter?

Die Physiker haben herausgefunden, dass alle Materialien aus Atomen aufgebaut sind. Die Atome bestehen aus Elektronen und Protonen (auch noch Neutronen, aber das ist gerade nicht wichtig). Die Protonen ziehen die Elektronen an.

In einem elektrischen Isolator ziehen die Protonen die Elektronen so stark an, dass sie sich kaum bewegen können.

Beispiele:

  • Bei dem Experiment mit dem Luftballon und dem Pullover hast du gesehen, dass man einen Luftballon mit zwei Händen und großer Kraft auf dem Pullover reiben muss, damit Elektronen von dem Pullover auf den Luftballon fließen. Eine Batterie hätte so etwas nicht geschafft.
  • Wenn man in einem Stromkreis ein Kabel vom Pluspol löst und nur einen Millimeter entfernt vor den Pluspol hält, kann kein Strom fließen. Die Luft ist ein guter Isolator. Bei einem Blitz kann Strom auch viele hundert Meter durch die Luft fließen. Das klappt aber nur, weil die Spannung zwischen den Wolken und dem Boden viele Millionen Volt beträgt.

In einem elektrischen Leiter ziehen die Protonen die Elektronen so schwach an, dass sie sich ganz leicht bewegen können.

Beispiele:

  • In einem Stromkreis mit einer Glühbirne und einer Batterie leuchtet die Glühbirne auch bei einer Spannung von 1,5 Volt, da die Kabel im Inneren aus Metall bestehen und deswegen die Protonen im Metalldraht die Elektronen nur sehr schwach anziehen.
  • Wenn in eine Badewanne ein Fön fällt und in der Badewanne jemand badet, kann das tödlich für den Menschen in der Badewanne sein, da das Wasser in der Badewanne den elektrischen Strom so gut leiten kann, dass bei 230 Volt genug Strom durch die Badewanne fließt um einen Menschen zu töten.