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elektrische Leitfähigkeit

Elektrodynamik und Elektrotechnik, (elektrisches) Leitvermögen, (elektrische) Konduktivität, s, die Fähigkeit eines Stoffes, elektrische Ladungsträger, vor allem Elektronen und Ionen, zu transportieren. s ist der Kehrwert des spezifischen Widerstandes r und hat die Einheit Siemens pro Meter: S / m = 1 / Wm = A / Vm. Der Zahlenwert von s entspricht der Länge eines Leiters mit 1 m2 Querschnittsfläche und elektrischem Widerstand R = 1 W. Dessen Kehrwert heisst elektrischer Leitwert und hat die Einheit Siemens, 1 S = 1 W-1 = 1 A / V. Wie der Widerstand variiert s um 27 Zehnerpotenzen zwischen Bernstein und Silber, bei Supraleitern ist s noch mindestens 1014-mal grösser. Mit der elektrischen Leitfähigkeit kann der Zusammenhang zwischen elektrischer Stromdichte j und der elektrischen Feldstärke E besonders einfach formuliert werden: j = sE. Bei Wechselfeldern wird s komplex (Dispersion) und hängt eng mit der komplexen Dielektrizitätskonstanten h zusammen. Bei einigen wenigen irregulären Metallen, die meist hexagonale, trigonale oder tetragonale Kristallstruktur besitzen, ist s ein Tensor, d.h. die elektrische Leitfähigkeit ist richtungsabhängig. Für alle Mechanismen der elektrischen Leitung hängt s mit der Beweglichkeit m der Ladungsträger gemäss s = Nenm zusammen (N: Anzahl der Elementarladungen pro Ladungsträger, e: Elementarladung, n: Anzahldichte der Ladungsträger), für die mittlere Geschwindigkeit  der Ladungsträger gilt j = ne. m und s sind über die fundamentale Hall-Konstante AH = m / s verknüpft (Hall-Effekt).

Eine hohe elektrische Leitfähigkeit ist oft mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit l verbunden. Bei nicht zu tiefen Temperaturen T gilt für viele Metalle das Wiedemann-Franz-Gesetz: l / s = aT mit  (kB: Boltzmann-Konstante). Weiteres zur Temperaturabhängigkeit und anderen Aspekten von s siehe unter elektrischer Widerstand und elektrische Leitung.

 

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