Nichtleiter und Leiter

Nichtleiter und Leiter Übung

• Ergänze die Sätze richtig.

  Tipps

  Ein „Leiter" leitet etwas weiter.

  Ein „Nicht-Leiter" leitet nichts weiter.

  Lösung

  Ein elektrischer Leiter besteht aus einem Material, dessen Eigenschaft es ist, Strom zu leiten. Das heißt, schließen wir einen Leiter an eine Batterie und eine Lampe zu einem Stromkreis an, leuchtet die Lampe. Bekannte Leiter sind etwa Kupfer, Aluminium und Stahl.

  Ein Nicht-Leiter besteht aus einem Material, welches den Strom nicht weiterleitet. Genauer gesagt bremst der Nicht-Leiter den Stromfluss ab oder stoppt ihn sogar ganz (Isolator). In einem Stromkreis verhindert er also einen Stromfluss. Die Lampe aus dem Versuch leuchtet also nicht, da der Isolator den Stromkreis unterbricht.

  Diese beiden Eigenschaften kann man auf unterschiedliche Weise gleichermaßen gut gebrauchen. So würde etwa eine Bahn überhaupt nicht fahren, wenn wir nur leitende oder nur nicht leitende Materialien für Oberleitung, Mast und Halterung verbaut hätten.

• Ordne den Beispielen den passenden Begriff zu.

  Tipps

  Denke an deine alltägliche Verwendung von Elektrizität.

  Um dein Handy zu laden, muss Strom aus der Steckdose in den Akku fließen.

  Mit dem geladenen Akku kannst du dann deinen Handybildschirm oder auch ein Fotolicht betreiben.

  Lösung

  Im Video haben wir zunächst einen einfachen Stromkreis aus mehreren Kabeln, einer Batterie und einer Lampe. Wir verallgemeinern diese Begriffe in der Elektrotechnik, damit wir die Struktur des Stromkreises besser erkennen können. Deshalb bezeichnen wir die Kabel als „Leiter", die Batterie als „Energiequelle" und die Lampe als „elektrisches Gerät".

  Über den Plastiklöffel haben wir ja gelernt, dass er nicht leitet, also ein „Nicht-Leiter" ist.

• Ordne die Gegenstände zu.

  Tipps

  Alle Metalle leiten Strom.

  Metalle erkennt man an ihrem metallischen Glanz.

  Lösung

  Aus dem Versuch wissen wir, dass sowohl die Münze als auch der Löffel aus Metall und die Alufolie elektrische Leiter sind. Die übrigen Materialien, also Holz, Plastik und die Keramiktasse, leiten nicht. Sie sind „Isolatoren".

• Bestimme, wie wir ermitteln können, ob ein Material leitet oder nicht.

  Tipps

  Wir benutzen im Versuch insgesamt drei Kabel.

  Ein weiteres Bauteil ist eine Batterie.

  Außerdem brauchen wir eine Lampe.

  Der elektrische Widerstand von Keramik ist größer als der von Aluminium.

  Lösung

  Um zu überprüfen, ob ein Material leitet oder nicht, können wir einen einfachen Versuch zu Hilfe nehmen. Wir schließen einen Pol einer Batterie mit einem Kabel an eine Lampe an. Das Kabel am anderen Pol der Batterie ist frei. An die Lampe schließen wir ein weiteres Kabel an, welches ebenfalls frei ist. Verbinden wir die freien Enden, fließt ein elektrischer Strom. Nun können wir verschiedene Materialien auf ihre Leitfähigkeit prüfen. Ist ein Leiter angeschlossen, so fließt ein Strom und die Lampe leuchtet. Schließen wir einen Isolator an, fließt kein Strom und die Lampe leuchtet nicht.

  Wir können mit diesem Versuch Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der leitenden und isolierenden Materialien ziehen. Ein leitendes Material stellt kein Hindernis für den Strom dar, sein elektrischer Widerstand muss also klein sein. Über einen Isolator können wir sagen, dass dessen elektrischer Widerstand hoch sein muss.

  Der elektrische Widerstand ist ein Maß für die elektrische Durchlässigkeit. Dieser sagt also aus, ob ein Material einen Stromfluss begünstigt oder ihn bremst. Je durchlässiger ein Material ist, desto kleiner ist sein Widerstand analog ist der Widerstand hoch, wenn das Material den Strom nicht gut durchlässt.

  Du kannst diesen Umstand gut mit deiner Kleidung vergleichen: Wenn du mit einem T-Shirt durch den Regen gehst, ist der Widerstand des Shirts gegen den Regen gering - das Material ist durchlässig für Wasser und du wirst nass. Trägt du eine Regenjacke, bleibst du trocken, denn das Material der Jacke hat einen hohen Regenwiderstand und ist nicht gut wasserdurchlässig.

• Gib den Grund für die Auswahl von Keramik für die Halterung der Oberleitung an.

  Tipps

  Aus Keramik besteht auch das Porzellan in der Küche.

  Lösung

  Wir haben gesehen, dass Renate ihre Lok erst starten konnte, als sie die Stromabnehmer an die Oberleitung führte. Sie schließt also den Stromkreis und kann deshalb losfahren.

  Damit nicht schon vorher ein geschlossener Stromkreis besteht, derjenige zwischen Oberleitung und Mast, muss ein Isolator dies zwischen diesen beiden Komponenten verhindern. Keramik ist dafür ein sehr geeigneter Stoff, denn es leitet den Strom nicht. Deshalb leuchtet im Experiment die Lampe auch nicht, wenn wir die Tasse testen.

• Vergleiche die Leitfähigkeiten.

  Tipps

  Metalle sind gute Leiter.

  Keramik ist ein guter Isolator.

  Ähnliche Materialien verhalten sich meist ähnlich.

  Lösung

  Am besten leitet der Silberlöffel. Silber ist ein Metall und diese leiten stets gut. Auch der Bleistift ist ein Leiter, wie wir im Video gesehen haben, jedoch leitet er etwas schlechter als das Silber. Das Meerwasser leitet ebenfalls, jedoch ist die Leitung schwächer als die des Bleistifts. Dass nasser Sand dementsprechend zumindest ein bisschen leitet, macht dann durchaus Sinn. Es ist ja nichts anderes als trockener Sand mit Wasser, welches leitet. Ebenfalls aus dem Versuch wissen wir, dass destilliertes Wasser kein Leiter ist. Dasselbe gilt für Keramik, von dem wir gelernt haben, dass dieses ein sehr guter Isolator ist, wir gebrauchen es sogar bei der Oberleitung der Bahn. Tatsächlich sind verschiedene Keramiken genau deshalb derzeit die am meisten verwendeten Isolatoren in der Technik. Dass Glas und Keramik ähnliche Stoffe sind, wissen wir, sie werden ähnlich hergestellt, wir benutzen sie sogar ähnlich zum Teetrinken oder Essen servieren. Und auch Glas ist ein guter Isolator. Als Reihenfolge ergibt sich dann also:

  1. Silberlöffel
  2. Bleistift
  3. Meerwasser
  4. nasser Sand
  5. destilliertes Wasser
  6. Glas
  7. Porzellan