Was ist spezifischer widerstand?

Spezifischer Widerstand

Der spezifische Widerstand, oft mit dem griechischen Buchstaben ρ (Rho) bezeichnet, ist eine Materialeigenschaft, die angibt, welchen elektrischen Widerstand ein Material einer bestimmten Größe dem elektrischen Strom entgegensetzt. Er ist unabhängig von der Geometrie des Leiters, sondern beschreibt die inhärente Fähigkeit eines Materials, den Stromfluss zu behindern.

Definition und Formel:

Der spezifische Widerstand ρ ist definiert als:

ρ = R * (A / l)

wobei:

• R der elektrische Widerstand ist (in Ohm, Ω)
• A die Querschnittsfläche des Leiters ist (in Quadratmetern, m²)
• l die Länge des Leiters ist (in Metern, m)

Die Einheit des spezifischen Widerstands ist Ohm mal Meter (Ω⋅m). Häufig wird auch die Einheit Ω⋅mm²/m verwendet.

Bedeutung und Anwendung:

Der spezifische Widerstand ist wichtig für:

• Materialauswahl: Bei der Konstruktion von elektrischen Bauteilen und Leitungen hilft er bei der Auswahl des geeigneten Materials, je nach gewünschtem Widerstand. Materialien mit niedrigem spezifischen Widerstand (z.B. Kupfer oder Silber) werden für Leiter verwendet, während Materialien mit hohem spezifischen Widerstand (z.B. Isolatoren wie Gummi oder Keramik) für Isolierungen eingesetzt werden.
• Berechnung des Widerstands: Kennt man den spezifischen Widerstand eines Materials und die Geometrie eines Leiters, kann der Gesamtwiderstand des Leiters berechnet werden.
• Vergleich von Materialien: Der spezifische Widerstand ermöglicht den Vergleich der elektrischen Leitfähigkeit verschiedener Materialien.

Faktoren, die den spezifischen Widerstand beeinflussen:

• Temperatur: Der spezifische Widerstand der meisten Metalle steigt mit zunehmender Temperatur, da die verstärkte thermische Bewegung der Atome die Bewegung der Elektronen behindert. (Weitere Informationen: Temperaturkoeffizient%20des%20Widerstandes)
• Verunreinigungen: Verunreinigungen in einem Material erhöhen in der Regel den spezifischen Widerstand, da sie die regelmäßige Kristallstruktur stören und die Elektronenstreuung erhöhen.
• Kristallstruktur: Die Kristallstruktur eines Materials beeinflusst die Bewegung der Elektronen und somit auch den spezifischen Widerstand.
• Druck: Bei einigen Materialien kann der Druck den spezifischen Widerstand verändern.

Typische Werte:

Der spezifische Widerstand variiert stark zwischen verschiedenen Materialien:

• Kupfer: ≈ 1,7 × 10⁻⁸ Ω⋅m
• Aluminium: ≈ 2,8 × 10⁻⁸ Ω⋅m
• Eisen: ≈ 10 × 10⁻⁸ Ω⋅m
• Glas: ≈ 10¹⁰ - 10¹⁴ Ω⋅m

Zusammenhang mit Leitfähigkeit:

Die elektrische Leitfähigkeit σ ist der Kehrwert des spezifischen Widerstands:

σ = 1 / ρ

Die Einheit der Leitfähigkeit ist Siemens pro Meter (S/m). Materialien mit hohem spezifischem Widerstand haben eine geringe Leitfähigkeit, und umgekehrt. (Weitere Informationen: Elektrische%20Leitfähigkeit)