Kennlinien von Glühlampe und Halbleiterwiderstand

EMI · Anmeldungsdatum: 18.02.2015 Beiträge: 1

Meine Frage:
Die Frage lautet wie folg: "Begründe mithilfe von Aussagen über die Leitungsvorgänge in metallen und in Halbleitern jeweils den Verlauf der Kennlinien von Glühlampe und Halbleiterwiderstand. Gehe dabei auf die Bereitstellung der frei beweglichen Ladungsträger (Elektronen), auf die Bewegung der Ladungsträger sowie deren Behinderung und auf den Einfluss der Temperatur ein."

Meine Ideen:
Kennlinien: Glühlampe -> Kurve, Halbleiter -> Gerade

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Willkommen im Physikerboard!

Beide U-I-Kennlinien haben einen nichtlinearen Verlauf, sowohl die von der Glühlampe als auch vom Halbleiter. Weißt Du, warum? Denk an die Stichwörter Heiß- und Kaltleiter!

Viele Grüße
Steffen

hello · Gast

ich würde sagen das der Draht der Glühlampe ein Kaltleiter und der Wiederstand ein Heißleiter ist

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Ja, das ist richtig.

Kannst Du damit den Verlauf der U-I-Kennlinie erklären? Also dass sie zum Beispiel bei der Glühlampe zuerst steiler verläuft, bei stärkerem Stromfluss aber dann nicht mehr so steil?

Und kannst Du diesen Effekt auch mit dem Leitungsmechanismus in Metallen erklären?

hello · Gast

Im Kaltleiter kommen in Abhängigkeit von der Temperatur verschiedene
Leitungsmechanismen zur Wirkung und der Temperaturbereich ist unterschiedlich. Dadurch entsteht eine Kurve.
Bei einem Heißleiter also dem Halbleiterwiderstand hängt es von der Materialzusammensetzung ab, aber der Temperaturbereich bleibt gleich.

hello · Gast

Bei der Glühlampe ist es so, dass mit zunehmender Erwärung weitere Ladungsträger freigesetzt werden (thermische Aktivierung), so daß der Widerstand mit weiter steigender Temperatur abnimmt.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Versuchen wir's mal so auszudrücken, dass auch ich's verstehe.

Glühlampe und Halbleiter bei Zimmertemperatur. Warum leitet die Glühlampe besser, warum der Halbleiter schlechter? Was passiert hier mit den Ladungsträgern in den beiden Materialien?

Nun fließt also Strom, und die beiden Materialien werden warm. Was passiert nun im Inneren? Wie beeinflusst das die Kennlinie?

hello · Gast

Ein Kaltleiter leitet bei niedrigen Temperaturen besser als bei hohen Temperaturen. Der Widerstand steigt mit wachsender Temperatur.
Beim Halbleiter ist es umgekehrt. Sein Widerstand wird mit höherer Temperatur immer kleiner. Dadurch leitet die Glühlampe besser bei Zimmertemperatur.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Alles richtig! Aber warum? Es fließen doch beidesmal einfach nur Elektronen! Was haben die mit der Temperatur zu schaffen?

Und kann man dann so auch den Kennlinienverlauf erklären? Also den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung? Da ist doch gar keine Temperatur enthalten!

Tut mir leid, dass ich so dumm frage - aber genau diese Fragen wirst Du vom Lehrer auch gestellt bekommen.

hello · Gast

Beim Halbleiter schwingen die Gitterbausteine bei Temperaturerhöhung ebenfalls stärker und behindern die Elektronen.
Aus den Atomen werden aber bei Erwärmung immer mehr Elektronen losgelöst und können sich frei im Gitter bewegen. Sie sind verantwortlich für den größeren Strom, also kleineren Widerstand.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Wenn die Gitterbausteine beim Halbleiter die Elektronen behindern, wenn's wärmer ist, müssten die doch schlechter fließen, dann müsste der Widerstand steigen.

Und wenn bei Metallen bei Hitze immer mehr Elektronen losgelöst werden, müsste der Widerstand sinken.

Es ist aber doch gerade umgekehrt! Der Halbleiter ist ein Heißleiter, leitet also gut bei Hitze. Metalle sind Kaltleiter, leiten also schlecht bei Hitze.

Denk noch mal nach.

hello · Gast

Der Widerstand von Metallen steigt bei zunehmender Temperatur. ( Man kann sich zum besseren Verständnis vorstellen, daß die Atomgitter bei zunehmender Wärme zu schwingen beginnen. Dadurch wird der Elektronenfluß behindert und der Widerstandswert erhöht sich.) Metalle haben also einen positiven Temperaturbeiwert.
Vielleicht so?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Ja, das ist richtig.

Und wie ist es bei Halbleitern? Da schwingt's doch auch bei Wärme! Warum leiten die dann besser?

hello · Gast

Bei höheren Temperaturen entstehen in Halbleitern durch thermische Bewegung der Atome bewegliche Elektronen und Löcher. Diese machen den Kristall leitend, und zwar um so besser, je höher die Temperatur ist. Liegt Spannung an einem Halbleiter, so bewegen sich die Löcher in Richtung Minuspol, die Elektronen in Richtung Pluspol.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Genau so ist es.

Ok, dann zu den Kennlinien. Es geht doch um Strom-Spannungskennlinien, oder? Das hast Du bis jetzt noch nicht gesagt.

hello · Gast

ja also wie sich jeweils die Kennlinien im Diagramm verhalten

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Es geht doch um Strom-Spannungskennlinien, oder?

Oder geht es um Temperatur-Widerstandskennlinien?

Oder um ganz andere?

hello · Gast

um ein I-U Diagramm also Strom- Spannungskennlinien

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Dann nehmen wir mal das von der Glühlampe. Die hat, wenn sie kalt ist, ja erst mal einen kleinen Widerstand: ein bisschen Spannung bewirkt schon einen hohen Strom. Vom Nullpunkt aus geht die Kennlinie also erst einmal schnell hoch.

Nun aber - und darum geht es bei dieser Aufgabe - erwärmt sich ja die Lampe, wenn Strom fließt! Damit geht auch der Widerstand hoch.

Wird also nun die Spannung weiter erhöht, kommt nicht mehr soviel Strom dazu: die Kurve biegt nach rechts ab. Siehst Du das?

Beim Halbleiter, der ja ein Heißleiter ist, ist es dagegen umgekehrt: zuerst fließt wenig Strom, wenn die Spannung erhöht wird, kommt aber immer mehr dazu.

hello · Gast

also entsteht bei einer Glühlampe eine Kurve weil der Wiederstand ( der Draht) der Glühlampe mit steigender Temperatur abnimmt

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7242

Nein, der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu, wie mehrfach erwähnt...

Eine Kurve entsteht trotzdem.

hello · Gast

Okay