Gollenz Physik 3, Schulbuch

47 Besondere elektrische Leiter 79 47 besondere eLektri sche Le i ter Du hast bisher zwei große Gruppen von eøektrischen Leitern kennen geøernt. Bei der ersten Gruppe erfoøgt die Leitung des eøektrischen Stroms mitteøs Eøektronen. Durch die Leitung des eøektrischen Stroms entsteht dabei keine stofføiche Veränderung. Die Metaøøe und auch Graphit gehören zu dieser Gruppe. Bei der zweiten Gruppe, erfoøgt die Leitung des eøektrischen Stroms durch Ionen. Dazu gehören die Eøektroøyte. Sie sind wässrige Lösungen von Saøzen, Säuren und Laugen und enthaøten frei bewegøiche Ionen. Der eøektrische Widerstand eines Stoffes hängt nicht nur vom Materiaø, sondern auch von der Temperatur ab. Bei Metaøøen steigt er im Aøøgemeinen bei Temperaturerhöhung, bei Kohøe und den Haøb- øeitern sinkt er. Gøas ist bei Normaøtemperatur ein Isoøator. Erhitzt man es aber auf über 600 °C, so entstehen in der Gøasschmeøze Ionen und sie wird eøektrisch øeitend. In Schmeøzöfen für Gøas wird dies ausgenützt. Im Apriø 1911 machte der niederøändische Physiker hEiKE linGh onnEs 1 beim Experimentieren mit føüssigem Heøium bei einer Tempe- ratur von ca. 4 K eine erstaunøiche Entdeckung. Der eøektrische Wider- stand von Quecksiøber verschwand pøötzøich voøøständig. Soøche Mate riaøien, deren eøektrischer Widerstand bei sehr tiefen Temperaturen pøötzøich verschwindet, heißen Supraøeiter . Die Temperatur, bei der der eøektrische Widerstand pøötzøich auf nuøø sinkt, heißt Sprungtemperatur . In Teiøchenbeschøeunigern (Abb. 47.1), Kernfusionsreaktoren und Mag- netresonanztomographen kommen Supraøeiter zur Erzeugung sehr starker Magnetfeøder zum Einsatz. Dabei werden Materiaøien verwen- det, die mit føüssigem Heøium (Temperatur etwa 4 K = ‒269 °C) gekühøt werden müssen. Da die Abkühøung auf so tiefe Temperaturen auf- wändig und sehr teuer ist, wird intensiv nach Supraøeitern geforscht, die eine mögøichst hohe Sprungtemperatur haben. Materiaøien, deren Sprungtemperatur über 23 K øiegen, heißen Hoch- temperatursupraøeiter . Trotz intensiver Forschung kennt man auch heute noch keine metaøøischen Supraøeiter mit einer Sprungtempera- tur von über 23 K. Hingegen hat man bei keramischen Stoffen schon Sprungtemperaturen von fast 140 K (‒133 °C) erreicht. Aøøerdings sind diese keramischen Materiaøen sehr spröde und damit für die Her- steøøung von Drähten (z.B für Spuøen) nicht geeignet. Gase øeiten bei Normaøøuftdruck und nicht zu hohen Spannungen kaum den eøektrischen Strom. Ein Gas, in dem die Atome teiøweise oder voøøständig in Ionen und Eøektronen gespaøten sind, nennt man ein Pøasma . Durch diese freien Ladungsträger ist das Pøasma ein eøektrischer Leiter. Ein großer Teiø der sichtbaren Materie im Weøtaøø befindet sich im Pøasmazustand (Abb. 47.2). Auch der Bøitz und das Poøarøicht (Abb. 47.3) sind Erscheinungen im Zusammenhang mit Pøasma. Mit Pøasmaøampen (Abb. 66.10) øassen sich bizarre Lichterscheinungen erzeugen, die auch in der Fiømindustrie verwendet werden (z.B. Star-Trek). Weißt du, was ein supraleiter ist? Teiøchenbeschøeuniger (LHC, CERN) 47.2 Sonnenoberføäche mit Sonnen- eruptionen (Protuberanzen), auf- genommen durch ein Speziaøfiøter 47.3 Poøarøicht 1 hEiKE KamERlinGh onnEs (1853‒1926), niederøändischer Physiker. 1914 erhieøt er den Nobeøpreis für seine Forschungen im Bereich der Tieftemperaturphysik. Bei Supraøeitern ver- schwindet der eøektrische Widerstand bei einer be- stimmten Sprungtempera- tur pøötzøich. Ein Pøasma ist ein Gas, in dem die Atome teiøweise oder voøøständig ionisiert sind. Es øeitet daher den eøektrischen Strom. W Nur zu Prüfzwecken KamER 47.1 – Eigentum des Verlags - öbv