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Unterrichtsdokumentation Werkstoffkunde 08-09
Der elektrische Strom fließt vom Erzeuger zum Verbraucher und wieder zurück zum Erzeuger. Diesen in sich geschlossenem Weg nennt man einen elektrischen Stromkreis.
  • Elektrischer Strom fließt nur im geschlossen Stromkreis.
  • Ein Stromkreis besteht mindestens aus einem Erzeuger(Batterie oder Generator), Verbraucher und ein Hin- und Rückleiter.

Einzelne Stoffe leiten den elektrischen Strom mehr oder weniger gut.
Metalle z.B. Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, oder Platin besitzen große Stromleitfähigkeiten.
Sie werden als als Leiter verwendet.
Stoffe, die den elektrischen Strom sehr schlecht leiten wie
Luft, Gummi, Glas, Porzellan oder Kunststoffe werden als Isolierstoffe benutzt. Sie werden als als Nichtleiter bezeichnet. Stoffe deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und von Nichtleitern ( Isolierstoffe ) liegt, nennt man Widerstände und auch Halbleiter. Ihre Leitfähigkeit kann durch stoffliche Veränderungen wie legieren und dotieren und/oder Energiezufuhr z.B. von Wärme oder Licht, leicht beeinflusst werden. Sie werden für Bauelemente der Elektrotechnik verwendet.

Leiter sind alle Metalle, Kohle, feuchte Erde und manche Flüssigkeiten.

Widerstände mehrheitlich aus Metallen und Kohle hergestellt.
Halbleiter sind Stoffe aus der dritten, vierten und fünften Gruppe des PSE.
Isolierstoffe (Nichtleiter) sind z.B. Luft, Gummi, Glas oder Kunststoffe. Spannungsquellen z.B. Batterien (Metalle und Flüssigkeiten), Generatoren (Metalle)

Elektrischer Strom in Metallen.

In Metallen sind die Atome dicht aneinander gedrängt (auf die dichteste Kugelpackung, Bild 1). Ein Elektron auf der Außenschale eines Atoms kann dabei so nahe an ein benachbartes Atom gelangen, dass es von dessen Atomkern ebenso weit entfernt ist wie vom eigenen. Die Anziehungskräfte der Kerne auf dieses Elektron heben sich in diesem Fall auf. Das Elektron kann sich von beiden Atomen entfernen und sich frei innerhalb des Metalls bewegen. Zwar wird ein solches freies Elektron wieder einmal von einem anderen Atomrumpf angezogen, dafür entsteht aber an anderer Stelle im Metall erneut ein frei bewegliches Elektron. Im Mittel enthält ein Metall bei gleichbleibender Temperatur immer gleich viele freie Elektronen.

Sobald im Metall ein Elektron frei wird, hinterläßt es einen Atomrumpf, der positiv geladen ist, weil nun ein Elektron weniger in der Atomhülle ist als sich Protonen im Kern befinden. Die positive Ladung des Atomkerns überwiegt also. Einen solchen positiv geladenen Atomrumpf nennt man auch ein positives Ion.
Ein Metall enthält ein Gerüst positiv geladener Atom­rümpfe (positiver Ionen), die fest an ihren Platz gebunden sind. Außerdem sind so viele frei bewegliche Elektronen im Metall, daß sich die positiven und negativen Ladungen insgesamt ausgleichen (Bild 3).

Werden die Enden eines Metalldrahts, z. B. den Glühfaden einer Lampe, mit einem Erzeuger (Bild oben) verbunden, so setzen sich die freien Elektronen im Metall fast gleichzeitig in einer Richtung in Bewegung. Der negative Pol des Erzeugers drückt freie Elektronen in den Stromkreis hinein, der positive Pol zieht die Elektronen aus dem Stromkreis ab. Es entsteht eine Elektronenbewegung durch den Leiter und durch die Stromquelle. Dabei fließt der Strom im Leiter vom Minus nach Plus und in der Stromquelle von Plus nach Minus.

Da wir uns hier tief in der Materie befinden wird dieser tatsächliche Stromfluss auch als physikalische Stromrichtung bezeichnet.

Leider wurde dieser Stromfluss erst erkannt, als schon vielfältig mit Stromkreisen experimentiert und gehandelt wurde. Für diese Stromkreise wurde aber ein Stromfluss von Plus nach Minus festgelegt, was als technische Stromrichtung bezeichnet wurde und noch immer die verwendete Stromrichtung ist.