Der Artikel über elektrischen Strom behandelte die Stromdichte, und das elektrische Feld wurde im Artikel über elektrische Felder erläutert. In einem Leiter existieren ein elektrisches Feld und ein elektrischer Strom, wenn eine Potenzialdifferenz anliegt ; andernfalls existieren weder ein elektrisches Feld noch ein elektrischer Strom.
In einem metallischen Leiter ist die elektrische Feldstärke direkt proportional zur Stromdichte, wobei das Verhältnis von elektrischer Feldstärke zu Stromdichte konstant ist. Dieses Verhältnis wird als spezifischer Widerstand bezeichnet . Mathematisch lässt sich der Zusammenhang zwischen elektrischer Feldstärke, Stromdichte und spezifischem Widerstand durch folgende Gleichung ausdrücken:
Beschreibung: ρ = spezifischer Widerstand, E = elektrische Feldstärke, J = Stromdichte
Eine der Formeln für das elektrische Feld lautet E = V/s, wobei V die elektrische Potenzialdifferenz (elektrische Spannung) und s die Entfernung ist. Die Einheit des elektrischen Feldes ist daher Volt pro Meter (V/m). Die Formel für die Stromdichte lautet J = I/A, wobei I der elektrische Strom und A die Querschnittsfläche des Leiters ist. Die Einheit der Stromdichte ist Ampere pro Quadratmeter (A/m² ) . Die Formel für den spezifischen Widerstand lautet ρ = E/J. Die Einheit des Widerstands ist V/m: A/m² = V/m × m² / A = V/A (m) = Ω m (Ohmmeter). Ω = Volt pro Ampere ist die Einheit des elektrischen Widerstands. Diese Einheit wird im Artikel über das Ohmsche Gesetz erläutert.
Die höchsten spezifischen Widerstandswerte weisen elektrische Isolatoren bzw. schlechte Leiter auf, die niedrigsten elektrische Leiter bzw. gute Leiter. Je besser ein Leiter elektrischen Strom leitet, desto geringer ist sein spezifischer Widerstand . Die Reihenfolge der spezifischen Widerstände metallischer Leiter ist: Zinn, Stahl, Aluminium, Gold, Kupfer, Silber. Daraus lässt sich schließen, dass der spezifische Widerstand eines Objekts ein Maß für dessen Fähigkeit ist, elektrischen Strom zu leiten.
Bei einem guten Leiter, der dem Ohmschen Gesetz gehorcht, ist der spezifische Widerstand bei einer bestimmten Temperatur unabhängig vom elektrischen Feld. Das heißt, ändert sich der Widerstand nicht, wenn sich die Stärke des elektrischen Feldes ändert. Im Gegensatz dazu hängt der spezifische Widerstand eines Leiters, der dem Ohmschen Gesetz nicht gehorcht, vom elektrischen Feld ab. Ändert sich also die Stärke des elektrischen Feldes, ändert sich auch der spezifische Widerstand.
Der spezifische Widerstand eines metallischen Leiters ist temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur nimmt der spezifische Widerstand zu; umgekehrt nimmt er mit sinkender Temperatur ab. Bei steigender Temperatur bewegen sich die Atome schneller und werden ungeordneter, was die Bewegung der Elektronen behindert und ihren Fluss verlangsamt. Bei sinkender Temperatur bewegen sich die Atome langsamer und ordnen sich besser an, wodurch ein gleichmäßigerer Elektronenfluss ermöglicht wird.
Der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist die Leitfähigkeit. Mathematisch wird der Zusammenhang zwischen spezifischem Widerstand und Leitfähigkeit durch die Gleichung ausgedrückt:
σ = 1/ρ
Beschreibung: σ = Leitfähigkeit des Leiters, ρ = spezifischer Widerstand des Leiters.
Die Einheit des spezifischen Widerstands ist Ωm, daher ist die Einheit der Leitfähigkeit 1/Ωm = (Ωm).-1
Die höchsten Leitfähigkeitswerte weisen elektrische Leiter bzw. gute elektrische Leiter auf, die niedrigsten hingegen elektrische Isolatoren bzw. schlechte elektrische Leiter. Je besser ein Leiter elektrischen Strom leitet, desto höher ist seine Leitfähigkeit. Die Reihenfolge der Leitfähigkeit von Metallleitern ist: Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Stahl, Zinn. Daraus lässt sich schließen, dass der Leitfähigkeitswert eines Objekts dessen Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, angibt. Silber besitzt zwar eine hohe Leitfähigkeit, ist aber teuer, weshalb Kupfer als Leiter weit verbreiteter ist.
