Warum verändert sich das Metall beim Stromdurchgang nicht und wie heißt diese Eigenschaft?

Metalle nutzen ihre besonderen Eigenschaften um elektrischen Strom zu leiten. Diese Leitfähigkeit ist ein zentrales Merkmal. Sie bleibt ebenfalls im festen und flüssigen Zustand stabil. Die entscheidende Frage lautet: Wieso verändert sich das Metall nicht, während Strom hindurchfließt? Die Antwort liegt in der atomaren Struktur der Metalle.

Diese bestehen aus Metallkationen welche positiv geladen sind. Diese Atome bilden ein Netzwerk – das als Kristallgitter bezeichnet wird. In diesem Gitter verfügen sie über eine sogenannte „Wolke“ aus freien Elektronen. Diese Elektronen sind nicht in festen Positionen verankert. Sie sind mobil und befinden sich in der äußeren Elektronenhülle der Atome. Diese Valenzelektronen sind für die elektrische Leitfähigkeit von entscheidender Bedeutung.

Leitet man elektrische Spannung an, geschieht Folgendes: Ein elektrisches Feld entsteht. Die dünnen Elektronen reagieren darauf indem sie in Bewegung geraten. Sie bewegen sich in Richtung der positiven Elektroden und ermöglichen dadurch den Stromfluss. Die Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Metallkationen sind dabei intensiv freilich bleibt das Gitter des Metalls kontinuierlich stabil.

Es ist spannend zu bemerken: Dass die Metallkerne während dieses Prozesses im Wesentlichen an Ort und Stelle verbleiben. Sie sind viel größer und schwerer als die Elektronen. Wenn der Strom fließt, entstehen Kollisionen zwischen den beweglichen Elektronen und den feststehenden Metallkationen. Diese Kollisionen verursachen einer Energieübertragung, allerdings verändert sich die Position der Atomknoten nicht maßgeblich.

Die elektrische Leitfähigkeit wird durch einige Faktoren definiert. Die Anzahl und Beweglichkeit der freien Elektronen spielen hier die Hauptrolle. Ein Beispiel sind Metalle wie Kupfer und Silber. Diese Metalle sind äußerst leitfähig, da sie einen hohen Anteil an beweglichen Elektronen aufweisen. In einer Studie wurde festgestellt, dass Kupfer eine Leitfähigkeit von etwa 59⸴6 x 10^6 S/m (Siemens pro Meter) aufweist was es zum idealen Material für Elektroinstallationen macht.

Es ist folglich klar: Dass die Elektronen innerhalb der Metalle hin und herzappeln während die Atomstrukturen stabil bleiben. Bei dieser mechanischen Stabilität bleibt das gesamte Metall unverändert. Der gesamte Prozess veranschaulicht, ebenso wie wichtig die atomare Struktur der Metalle für ihre Fähigkeit ist, elektrischen Strom effektiv zu leiten.

Zusammenfassend zeigt die elektrische Leitfähigkeit der Metalle wie diese sich verhalten, wenn Strom hindurchfließt. Die Atome behalten ihre Position. Elektronen fließen und bewegen sich. Diese einzigartige Eigenschaft des Metalls ist entscheidend für unzählige Anwendungen im Alltag und in der Industrie.