Artikel über spezifischen Widerstand
Im Zusammenhang mit dem elektrischen Strom wurde die Stromdichte erörtert und das elektrische Feld erläutert. In einem Leiter existieren ein elektrisches Feld und ein elektrischer Strom, wenn eine Potenzialdifferenz anliegt; fehlt diese, existieren weder ein elektrisches Feld noch ein elektrischer Strom.
In nahezu allen metallischen Leitern ist die elektrische Feldstärke direkt proportional zur Stromdichte, wobei das Verhältnis von elektrischer Feldstärke zu Stromdichte konstant ist. Dieser Wert des Verhältnisses von elektrischer Feldstärke zu Stromdichte wird als spezifischer Widerstand bezeichnet. Mathematisch wird der Zusammenhang zwischen elektrischer Feldstärke, Stromdichte und spezifischem Widerstand durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
ρ = E / J
ρ = spezifischer Widerstand, E = elektrische Feldstärke , J = Stromdichte
Eine der Formeln für das elektrische Feld lautet E = V/d, wobei V die elektrische Potenzialdifferenz (elektrische Spannung) und d der Abstand ist. Die Einheit des elektrischen Feldes ist 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 Gleichung für den spezifischen Widerstand lautet ρ = E/J, sodass die Einheit des spezifischen Widerstands V/m ist: A/m² = V/m × m² / A = V/A (m) = Ω m (gelesen: Ohmmeter). Ω = Volt pro Ampere ist die Einheit des elektrischen Widerstands.
Den höchsten spezifischen Widerstand weisen elektrische Isolatoren auf, den niedrigsten hingegen gute elektrische Leiter. Je besser ein Leiter Strom leitet, desto geringer ist sein Widerstand. Die Reihenfolge der spezifischen Widerstände metallischer Leiter ist: Zinn, Stahl, Aluminium, Gold, Kupfer, Silber. Daraus lässt sich schließen, dass der Widerstand eines Objekts dessen Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, beschreibt.
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 Widerstandswert nicht, wenn sich die Feldstärke ändert. Im Gegensatz dazu ist bei Leitern, die dem Ohmschen Gesetz nicht gehorchen, der spezifische Widerstand vom elektrischen Feld abhängig. Ändert sich also die Feldstärke, ändert sich auch der Widerstandswert.
Der spezifische Widerstand eines metallischen Leiters ist temperaturabhängig. Steigt die Temperatur, steigt auch der spezifische Widerstand des Metalls; sinkt sie, sinkt er. Bei steigender Temperatur bewegen sich die Atome schneller und ordnen sich unregelmäßiger an, wodurch sie die Elektronenbewegung behindern und der Elektronenfluss verlangsamt wird. Sinkt die Temperatur, bewegen sich die Atome langsamer und ordnen sich regelmäßiger an, sodass der Elektronenfluss gleichmäßiger wird.
Das Gegenteil von spezifischem Widerstand ist Leitfähigkeit. Mathematisch wird der Zusammenhang zwischen spezifischem Widerstand und Leitfähigkeit durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
σ = 1/ ρ
σ = Leitfähigkeit des Leiters, ρ = spezifischer Widerstand.
Die Einheit des spezifischen Widerstands ist Ωm, daher ist die Einheit der Leitfähigkeit 1 / Ωm = (Ωm) -1
Die höchste Leitfähigkeit besitzen elektrische Leiter, die niedrigste hingegen elektrische Isolatoren oder schlechte Leiter. Je besser ein Leiter 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 die Leitfähigkeit eines Objekts dessen Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, beschreibt. Silber besitzt zwar eine hohe Leitfähigkeit, ist aber teuer, weshalb Kupfer als elektrischer Leiter weit verbreiteter ist.
