Leiter und Isolatoren
Leiter Nichtleiter Isolator Isolatoren leitet den Strom leitet den elektrischen Strom nicht Gefahr
Du weißt bereits, dass elektrischer Strom gefährlich sein kann. Falscher Umgang mit elektrischen Geräten kann lebensgefährlich sein.
Du darfst das Ladegerät deines Smartphones in die Steckdose stecken ► 01, aber wenn du einen Nagel in eine Steckdose steckst ►02, dann ist das lebensgefährlich. Warum ist das so?
Der Nagel besteht aus Eisen. Das Ladegerät und die Zuleitung bestehen aus Kunststoff. Offenbar leiten diese Materialien den Strom unterschiedlich gut. Das wollen wir in einem Experiment überprüfen.
Experiment zur Untersuchung von Leitungsverhalten verschiedener Materialien
Feststoffe
Um zu prüfen, ob ein Gegenstand den elektrischen Strom leitet, benötigen wir ein Messgerät. Als Messgerät können wir hier eine einfache Lampe nutzen. Dafür bauen wir einen Stromkreis auf, den wir an einer Stelle öffnen. An dieser Stelle können wir den Gegenstand den wir testen wollen einsetzen. ►03 Wenn die Lampe leuchtet, dann leitet der Gegenstand den Strom.
Hinweis: Du kannst an die Enden der Kabel auch Krokodilklemmen setzen, dann kannst du die Materialien besser einspannen.
Wir testen jetzt verschiedene Gegenstände. Dabei ist es wichtig, zwischen dem Gegenstand und seinem Material zu unterscheiden. Beispiel: ►05
Fertige eine Tabelle an und überprüfe ob die Materialien den Strom leiten oder nicht leiten. An der Helligkeit der Lampe kannst du erkennen, wie gut die Materialien den Strom leiten. ►06
Du siehst:
- Gegenstände aus Metall leiten den elektrischen Strom gut.
- Gegenstände aus Kunststoff leiten den elektrischen Strom nicht.
- Graphit leitet den elektrischen Strom schwach. (werden wir in Klasse 9/10 genauer untersuchen)
Gegenstände, die den elektrischen Strom gut leiten nennen wir Leiter. Gegenstände, die den elektrischen Strom nicht leiten nennen wir Nichtleiter bzw. Isolatoren.
Metalle sind sehr gute Leiter. Kunststoffe sind gute Isolatoren.
Diese Eigenschaften von Leitern und Isolatoren nutzen wir bei der Herstellung von Kabeln. ►07 zeigt den Aufbau eines Strombabels, wie du es bei dir zu Hause findest. Die Kupferleiter sind von Kunststoffschichten umgeben. So können sich die Drähte untereinander nicht berühren. Das verhindert einen Kurzschluss. Nach außen schützen dich der Kunststoffmantel vor dem elektrischen Strom.
Flüssigkeiten
Bis jetzt haben wir nur feste Stoffe auf ihre Leitungseigenschaften geprüft. Können Flüssigkeiten den elektrischen Strom leiten?
Vermutlich weißt du bereits, dass es einzige Flüssigleiten gibt, die den Strom leiten. Die meisten Flüssigkeiten sind aber keine guten Leiter. Daher müssen wir die Schaltung aus ►03 etwas anpassen. Wir ersetzen die Lampe durch eine Leuchtdiode (kurz: „LED“). Auch bei der LED muss ein Strom fließen, damit sie leuchtet. Bei der LED reicht aber ein viel, viel kleinerer Strom aus, so dass sie auch bei schlechten Leitern einen Stromfluss anzeigen kann. ►08 / 09
Bei der LED fließt der Strom nur in eine Richtung. Sie muss wie in ►09 dargestellt verbaut werden.
Die LED muss zum Schutz vor Zerstörung mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Dieser ist in der Box ►08 bereits verbaut. Wenn du mit einem eigenen Aufbau arbeitest, dann solltest du der LED einen Widerstand von 300 Ω bis 1 kΩ vorschalten.
Die erste Flüssigkeit die dir sicher einfällt ist Wasser. Leitet Wasser den elektrischen Strom?
Bei Wasser müssen wir zwischen destilliertem Wasser, Leitungswasser und Salzwasser unterscheiden.
- Destilliertes Wasser ist reines Wasser. Es enthält keine weiteren Stoffe. Es hat das chemische Symbol H2O Destilliertes Wasser dürfen wir nicht trinken
- Leitungswasser enthält noch einige Mineralien. Das erkennst du, wenn du es verdunsten lässt. In Gläsern, Töpfen und in der Dusche bleiben weiße Ränder zurück. Das sind Kalkablagerungen ►10
- Salzwasser kennst du aus dem Meer. Du kannst schon den salzigen Gehalt schmecken. Für das Experiment kannst du einfach etwas Salz in das Wasser einrühren.
Überprüfe verschiedene Flüssigkeiten auf ihr Leitungsverhalten: ►11
Die meisten Flüssigkeiten leiten den Strom nicht so gut wie Metalle.
- Salzwasser, Gurkenwasser und Essig leiten den Strom gut.
- Destilliertes Wasser und Speiseöl sind Nichtleiter bzw. Isolatoren.