Freie Bahn dem Strom: Leiterwerkstoffe
Dez 13th, 2010 by Stefan Fassbinder
Alles Kupfer oder was? – Elektrische Leiterwerkstoffe
im praktischen Einsatz
Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter; erreicht seine Leitfähigkeit doch immerhin etwa 65% des Wertes von Kupfer. Damit verfehlt das Aluminium aber knapp das Siegertreppchen der Leitfähigkeiten aller Metalle, auf dem Silber die Goldposition einnimmt. Die Silbermedaille geht an Kupfer, während Gold selbst »nur« die Bronzemedaille erhält. Aluminium folgt mit etwas Abstand auf dem vierten Platz. Danach kommt eine Weile nichts (Tabelle 1). Gold und Silber kommen auf Grund der hohen Preise zum Einsatz in Kabeln, Drähten, Leitungen und elektrischen Maschinen nicht in Betracht, sondern allenfalls als Anschlussdrähte in integrierten Schaltungen, wo sie nur milligrammweise benötigt werden. Alle anderen bekannten Elemente und Verbindungen, sofern überhaupt elektrisch leitend, folgen erst mit einigem Abstand nach. Legierungen (Gemische) verschiedener Metalle haben ganz generell eine erheblich niedrigere Leitfähigkeit als reine Metalle. Es bleiben also mit Kupfer und Aluminium nur zwei Metalle mit einer wirtschaftlich verwertbaren elektrischen Leitfähigkeit übrig, wobei das Kupfer das Maß aller Dinge abgibt. So wird die Leitfähigkeit von Kupfer für Leitzwecke (Cu-ETP-1, Cu-OF-1 oder Cu-OFE) nach den Unterlagen des Deutschen Kupferinstituts mit 58,58 MS/m angegeben. Die IEC-Norm 60028 gab bereits 1925 einen Wert von 58,51 MS/m als Standard vor. Dies entspricht 101% des International Annealed Copper Standard IACS, der schon seit 1913 die Standard-Leitfähigkeit technischen Kupfers auf 58,00 MS/m festlegt und an dem sich auch andere Leiterwerkstoffe messen lassen müssen.
Tabelle 1: Spezifische Widerstände metallener Werkstoffe, zum Vergleich einige andere, z. B. in der Debatte um die Erdung, ebenfalls als »leitfähig« angesehene Stoffe wie Wässer und verschiedene Böden
Bitte beachten Sie, dass die spezifischen elektrischen Widerstände der Metalle und des Kohlenstoffs in Tabelle 1 in Mikroohm mal Meter, die der anderen Stoffe jedoch in Ohm mal Meter angegeben sind! Dies ist die mathematisch schon vereinfachte Schreibweise für »Ohm mal Quadratmeter [Leiterquerschnitt] pro Meter [Leiterlänge]«. Man muss sich hierunter also den elektrischen Widerstand eines Würfels von 1 m Kantenlänge aus dem jeweiligen Stoff vorstellen, der an zwei gegenüber gelegenen Seiten großflächig kontaktiert ist und von einem homogenen Strom durchflossen wird. Das bedeutet, dass bei metallenen Werkstoffen eine Spannung in der Größenordnung von 1 Millivolt genügt, um einen Strom von 1 Kiloampere durch den Würfel zu treiben! Bei den anderen Stoffen hingegen reicht zum Teil selbst 1 Kilovolt nur für einen Strom von einigen Milliampere!
Logischerweise wendet man daher auf den spezifischen Widerstand der Leiterwerkstoffe eher die Einheit »Ohm mal Quadratmillimeter pro Meter« an. Dann kann man zwar nicht mehr einen Meter heraus kürzen und hat mehr zu schreiben, doch fällt es leichter, sich ein Stück Draht von 1 m Länge und einem Querschnitt von 1 mm² als etwas praxisnähere Referenz vorzustellen.
Sehen Sie hierzu in der Schweizer Zeitschrift für angewandte Elektrotechnik nach, was sich alles als Leiter für Elektrizität eignet
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