Leitfähigkeit verschiedener Materialien Übersicht/Tabelle + Spezifischer Widerstand Werkstoffe + Elektrischer Widerstand Untergründe + Optimierungsmöglichkeiten

Leitfähigkeit verschiedener Materialien Übersicht/Tabelle + Optimierungsmöglichkeiten

Was ist elektrische Leitfähigkeit...

Die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche bestimmt wie gut das Material die Elektronen und die elektrischen Schwingungen der Erde übertragen kann. Ist also das optimale Maß um zu bestimmen, wie gut ein Material erden kann! 

 

Was elektrische Leitfähigkeit genau ist, kannst du in dieser Animation sehen + es wird erklärt wie du die Leitfähigkeit von Objekten mithilfe eines Multimeters bestimmen kannst:

...und wodurch wird sie beinflusst

Sie wird durch das Material beeinflusst(Tabelle weiter unten), aber auch durch die Wegstecke, welche innerhalb des Materials bzw. auf der Oberfläche zurückgelegt werden muss.  Deswegen ist man auch im Keller optimal geerdet und je weiter oben man sich in einem leitfähigen Treppenhaus befindet, umso schlechter ist man geerdet.(siehe Bilder) Wie gut man im Treppenhaus und an anderen Orten des Hauses geerdet ist, dass erfährst du hier.

Auch wenn man z.B auf einem Stein sitzt, sollte man den Stein wählen, welcher am niedrigsten zum tatsächlichen Boden ist. Dieses Prinzip kann man auf alle anderen Materialien und Erdungsmöglichkeiten übertragen. Welche anderen Erdungsmöglichkeiten dir draußen zur Verfügung stehen und wie du diese noch weiter verbessern kannst, dass erfährst du hier.

 

 

3 verschiedene Arten der elektrisch leitfähigen Stoffe

Metalle

Kaltleiter(PTC) Widerstände, wozu prinzipiell alle Metalle zählen, haben bei tiefen Temperatur die höchste el. Leitfähigkeit, bzw. den niedrigste el. Widerstand.* (2)

Bei Metallen sinkt die elektrische Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur, weil die Atome im Material stärker schwingen und dadurch den Elektronenfluss behindern. (1)

 

*Hinweis:  R/Ω: Anstatt der elektrischen Leitfähigkeit wird fast immer der elektrische Widerstand als Maß für Leitfähigkeit eines Materials angegeben. Dies ist einfach der Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit. Das bedeutet je geringer der elektrische Widerstand, umso höher ist die elektrische Leitfähigkeit und umgekehrt.

Einige Beispiele:

Der Kehrwert von 2 ist 1/2  = 0,5 

und der Kehrwert von 0,001 ist 0,001/1  =  1000

 

Also einfach 1 durch die elektrische Leitfähigkeit = der elektrische Widerstand.

Halbleiter und NTC(Metalloxide) = (Körper und Erde bestehen zu einem Großteil daraus)

Heißleitende(NTC) Widerstände sind z.B Metalloxide der Elemente Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer und Titan und leiten umso besser, je wärmer sie sind (1). Dies gilt auch für Halbleiter. Deswegen ist auch eingefrorener Erdboden bzw. Eis generell sehr schlecht leitfähig(Youtube Video Multimeter Beweis) und kann die Earthing Effekte nicht länger im signifikanten Maß übertragen. Je wärmer also die Umgebung, umso geringer ist der elektrische Widerstand, also umso höher ist die elektrische Leitfähigkeit und damit auch die Fähigkeit die Earthing Effekte zu transferieren.

 

 

 

 

Wasser/Wässrige Lösungen mit Salzen (sehr hoher Anteil im Körper/in der Erde)

Im Wasser ensteht die elektrische Leitfähigkeit durch die Anwesenheit von Ionen. Positiv geladenen Ionen wie z.B Mg 2+(Magnesium Ion) fehlen 2 Elektronen. Negativ geladene Ionen wie z.B Cl -(Chlorid Ion) weisen einen Überschuss von einem  Elektron auf.  Dadurch das sie nach außen hin eine Ladung tragen, können sie Ladungsträger wie Elektronen transportieren. Deswegen können im Wasser die Earthing Effekte übertragen werden und je höher der Mineralstoff, also Ionengehalt ist, umso besser können sie übertragen werden. Je höher der Ionengehalt, umso höher ist auch die elektrische Leitfähigkeit, bzw. umso geringer ist der elektrische Widerstand. Je höher die Temperatur, umso besser ist die Leitfähigkeit, weil die Ladungsträger in der Lösung stärker miteinander in Kontakt treten(siehe Bild)

 

Hinweis zum Bild: 273,15 K = 0 Grad °C , 293,15 K = 20 °C, also einfach die Temperatur in °C  Minus 273,15. 

Tabelle elektrische Leitfähigkeit/spezifischer Widerstand

Hinweise für die Tabelle:

 

1. Anstatt der elektrischen Leitfähigkeit wird fast immer der elektrische Widerstand als Maß für Leitfähigkeit eines Materials angegeben. Dies ist einfach der Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit. Das bedeutet je geringer der elektrische Widerstand, umso höher ist die elektrische Leitfähigkeit.

Einige Beispiele:

Der Kehrwert von 2 ist 1/2 = 0,5 

und der Kehrwert von 0,001 ist 1/0,001  =  1000

 

Also einfach 1 durch die elektrische Leitfähigkeit = der elektrische Widerstand.

 

 

2. Für die Werte weiter unten, also die größeren Widerstände, gilt folgendes:

1,00E+005 bedeutet 100000, also eine Eins mit 5 Nachkommastellen. 1*10^5 bzw. 5 Nullen nach der Zahl

3,00E+006 bedeutet 3000000, also eine 3 mit 6 Nachkommastellen 3*10^6 bzw. 6 Nullen nach der Zahl

Material Spezifischer Widerstand
in Ω · mm2/m
Silber 0,01587
Kupfer (Elektro-Kabel) 0,0169
Kupfer 0,0172
Kupfer (rein, „IACS“) 0,01721
Gold 0,02214
Aluminium 0,0265
   
Calcium 0,0339
Beryllium 0,04
Rhodium 0,0429
Magnesium 0,0444
Natrium 0,0481
Wolfram 0,0528
Molybdän 0,059
Zink 0,0599
Cobalt 0,0606
Nickel 0,0693
Cadmium 0,0699
Messing 0,07
Ruthenium 0,0709
Kalium 0,0714
Nickel 0,0714
Indium 0,08
Lithium 0,0952
Eisen 0,1
Platin 0,105
Zinn 0,109
Stahl 0,15
Vanadium 0,2
Blei 0,208
Technetium 0,22
Arsen 0,33
Antimon 0,44
Konstantan 0,5
Edelstahl (1.4301, V2A) 0,72
Titan 0,8
Quecksilber 0,961
Chromnickel 1,1
Nichrome (Nickel-Chrom-Legierung) 1,5
Eisen 1,5
Salzsäure 1,59
Schwefelsäure 2,55
Kalilauge 3,14
Natronlauge 3,205
Ammoniumchlorid 5,62
Graphit 8
Natriumchlorid 8,33
Mineralien(kalkhaltig) 10
Zinkchlorid 13,79
Silber (Lösung mit Silber) 16
Moorboden 30
Kohlenstoff 35
Bogenlampenkohle 40
Ackerboden 100
Tellur 100
Palladium 108
Zinn 115
Chrom 127
Rubidium 133
Strontium 135
Gallium 141
Niob 152
Sehr feuchter Sand 200
Titan 408
Zirkonium 426
Scandium 552
Yttrium 606
   
Silicium 1000
lockeres Gestein 3000
Akkusäure 15000
Salzsäure (10 %) 15000
Schwefelsäure (10%) 15000
   
Salzsäure (10%) 25000
Kochsalzlösung (10 %) 79000
Steinsalz(min) 1,00E+005
Kupfersulfatlösung (10 %) 3,00E+005
Germanium 4,60E+005
Meerwasser (Durchschnitt) 1,00E+006
Ton feucht (min) 1,00E+006
Hausmüll (min) 1,00E+006
Mangan 1,45E+006
Blut 1,60E+006
Muskelgewebe 2,00E+006
Regenwasser (min) 3,00E+006
Lehme (min) 3,00E+006
Moorboden 5,00E+006
Mergel, Torf, Humus (feucht((min)) 5,00E+006
Mergel (min) 5,00E+006
Blauer Ton mit Schwefelkies 1,00E+007
Mergel, Torf, Humus (feucht)(Durchschnitt)) 1,00E+007
Meerwasser (max) 1,00E+007
Schwimmbeckenwasser (min) 1,00E+007
Kalkwasser 1,00E+007
Steinsalz (max) 1,00E+007
Glaziale Moränen (min) 1,00E+007
Tonschiefer (min) 1,00E+007
Schluff (min) 1,00E+007
Mergel, Torf, Humus (feucht((max)) 1,50E+007
Wasser (typ. Leitungswasser) 2,00E+007
Lehm, Ton, Humus, Gartenboden 2,00E+007
Mergel, Torf, Humus (trocken((max)) 2,00E+007
Sumpfiger Boden 3,00E+007
Moorboden (min) 3,00E+007
Moore (min) 3,00E+007
Ton trocken (min) 3,00E+007
Ton feucht (max) 3,00E+007
Fettgewebe 3,30E+007
Regenwasser (max) 3,70E+007
Ziegelton 4,00E+007
Moorboden (max) 4,00E+007
Beton (min) 5,00E+007
Mergel, Torf, Humus (trocken((min)) 5,00E+007
Reines Leitungswasser (max) 5,60E+007
Schwemmsand, Humus
Lehmsandboden
1,00E+008
Kalkstein (min) 1,00E+008
Hausmüll (max) 1,00E+008
Beton: Zement/Kies
Mischungsverhältnis 1:7
1,75E+008
Sand und Sandboden feucht 2,00E+008
Torf 2,00E+008
Schwimmbeckenwasser (max) 2,00E+008
Mergel, Torf, Humus ((trocken)(durchschnitt)) 2,00E+008
See/Flusswasser 2,00E+008
Feiner, feuchter Sand 2,00E+008
Lehm,Ton,Humus,Gartenboden(max) 2,00E+008
Mergel (max) 2,00E+008
Reines Leitungswasser (min) 3,00E+008
Glaziale Moränen (max) 3,00E+008
Lehme (max) 3,00E+008
Beton: Zement/Kies
Mischungsverhältnis 1:5
4,00E+008
Beton (max) 5,00E+008
Kies (min) 5,00E+008
Moore (max) 7,00E+008
Pertinax 1,00E+009
Kies (feucht) 1,00E+009
Feiner, trockener Sand/Kies 1,00E+009
Trockener Gips 1,00E+009
Kompakter Fels 1,00E+009
Verwittertes Gestein 1,00E+009
Eis (min) 1,00E+009
Tonschiefer (max) 1,00E+009
Ton trocken (max) 1,00E+009
Schluff (max) 1,00E+009
Beton: Zement/Sand
Mischungsverhältnis 1:5
1,50E+009
Steiniger und
Felsiger Boden
2,00E+009
Granit(min) 2,00E+009
Sand (max) 2,50E+009
Kies (max) 3,00E+009
Schotter, Mutterfels, Basalt (min) 3,00E+009
Quarzit (min) 3,00E+009
Kalkstein (max) 7,00E+009
Holz (trocken/min) 1,00E+010
Bor 1,00E+010
Fels 1,00E+010
Schotter, Mutterfels, Basalt(max) 1,00E+010
Granit (max) 5,00E+010
Polypropylenfolie 1,00E+011
Trockener Beton 1,00E+011
Quarzit (max) 1,00E+011
Eis (max) 1,00E+011
Wasser (reinst) 1,00E+012
Gneis, Marmor (min) 1,00E+012
Glimmer (min) 1,00E+012
Glas (min) 1,00E+013
PVC (weich) 1,00E+013
Steinsalz(Hydrocarbur) 1,00E+013
Jod 1,30E+013
Porzellan 1,00E+015
Papier (min) 1,00E+015
Glimmer (min) 1,00E+015
Gneis, Marmor(max) 1,00E+015
Glimmer (max) 1,00E+015
Glimmer 1,00E+016
Kautschuk 1,00E+016
Papier 1,00E+017
Aluminiumoxid 1,00E+018
Porzellan

1,00E+018

Polystyrol 1,00E+018
Glimmer 1,00E+018
Gummi (Hartgummi)  1,00E+019
Glas (max) 1,00E+021
Schwefel 1,00E+021
Quarzglas 1,00E+022
Bernstein 1,00E+022
Quarz-glas 7,50E+023

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leitf%C3%A4higkeit#Temperaturabh%C3%A4ngigkeit

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Hei%C3%9Fleiter(1)

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Kaltleiter(2)

Quelle Tabellen mit Kohlenstoff, Ackerboden (mittlere Sektion): https://elektroniktutor.de/elektrophysik/leitfk.html

Quelle nasser Beton und Kalkstein Bild : https://www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/e-energie/leiterwerkstoffe.html

Quelle Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und Ionenkonzentration Tabelle: 

https://www.chf.de/eduthek/chemischer-index14.html

Quelle Optimale Leitfähigkeit bei 4 mol/L Ionenkonzentration, weil vollständige Dissoziation und Schwache Elektrolyte Dissziationsgrad und Äquivalentenleitfähigkeit A Definition und Diagramm und Beispiele und Ladungstransport Wasser : 

https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/anorganische_und_analytische_chemie/lehre/lehramt/b2fchemie/modul_ac-i/l1a_7_leitf__higkeit.pdf

Quelle Leitfähigkeit Halbleiter Schematische Temperaturabhängigkeit Diagramm: http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/pass01_03x.pdf

Quelle Kalt vs. Warmleiter Bild:

https://www.elektrotechnik-fachbuch.de/e_grundlagen_kap_04_4v5.html

Quelle Elektrolyte/Wässrige Lösungen Leitfähigkeit:

http://www.equinoxomega.net/files/studies/PW10.pdf

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