RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
Leitfähigkeit von Kupfer und Zink
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Elektrik
Autor Nachricht
bloebb



Anmeldungsdatum: 24.07.2017
Beiträge: 139

Beitrag bloebb Verfasst am: 21. Sep 2017 12:21    Titel: Leitfähigkeit von Kupfer und Zink Antworten mit Zitat

Hallo!

Ich schaue mir gerade ein wirklich interessantes Vorlesungs-Video der Uni Wien an. In dieser Vorlesung geht es u. a. um das Bändermodell und die Leitfähigkeit von Materialien.

https://www.youtube.com/watch?v=GCJLn_MQCmk&index=14&list=PLrWrjvhC1doZb-WGWs9Qf-YdJR1S1scr2 53:10 bis 56:45.

Hier geht es also um die Bänder von Kupfer und Zink. Der Prof erklärt, dass es aufgrund der Bänder und deren Energieniveaus bei Kupfer schwieriger ist, Elektronen aus der Hülle herauszuholen, als bei Zink.

Da sollte man doch glauben, dass Zink eine höhere Leitfähigkeit hat als Kupfer. Wie wir aber alle wissen, ist das nicht der Fall. Jetzt frage ich mich, wie kann man diesen Widerspruch erklären? Habt ihr eine Idee dazu?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 21. Sep 2017 13:11    Titel: Antworten mit Zitat

bloebb hat Folgendes geschrieben:
Der Prof erklärt, dass es aufgrund der Bänder und deren Energieniveaus bei Kupfer schwieriger ist, Elektronen aus der Hülle herauszuholen, als bei Zink.


Nein, das erklärt er nicht. Du solltest besser aufpassen. Er erklärt nur, dass es bei Kupfer schwieriger ist, Elektronen (die sich bei Kupfer und Zink alle im Leitungsband befinden) komplett aus dem Material herauszulösen, dass also die Arbeit für den Austritt von Elektronen aus dem Kuper in die Luft größer ist als die Austrittsarbeit aus Zink in Luft.

In beiden Materialien befinden sich die Elektronen im Leitungsband, allerdings ist die Elektronendichte und -beweglichkeit in beiden Materialien unterschiedlich und deshalb auch ihre Leitfähigkeit. Mit dem Niveau der Fermikante hat die Leitfähigkeit aber nichts zu tun.
bloebb



Anmeldungsdatum: 24.07.2017
Beiträge: 139

Beitrag bloebb Verfasst am: 21. Sep 2017 16:11    Titel: Antworten mit Zitat

Ich höre hier nichts von Luft, nur etwas von einem Valenzband und einem Leitungsband. Und ich gehe davon aus, dass jedes Material sein eigenes Valenzband und sein eigenes Leitungsband in seinem Inneren haben.
bloebb



Anmeldungsdatum: 24.07.2017
Beiträge: 139

Beitrag bloebb Verfasst am: 21. Sep 2017 16:47    Titel: Antworten mit Zitat

Ich muss mich mal schlauer machen, was diese Fermikante eigentlich ist.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 22. Sep 2017 12:36    Titel: Antworten mit Zitat

bloebb hat Folgendes geschrieben:
Ich höre hier nichts von Luft, nur etwas von einem Valenzband und einem Leitungsband.


Ich sag ja, Du solltest besser aufpassen. Tatsächlich geht es in der Vorlesung bis 52:52 um den Unterschied zwischen Nichtleitern, Leitern und metallischen Leitern. Zum Beispiel wird bei 51:40 festgestellt, dass man bei den Metallen gar nicht mehr zwischen Leitungs- und Valenzband unterscheiden braucht und kann. Und bei 52:00 wird noch einmal darauf hingewiesen, dass für die "dramatischen" Unterschiede der Leitfähigkeiten von Metallen und Isolatoren die Bandlücke zwischen Leitungs- und Valenzband verantwortlich ist. In 52:53 wird zusammenfassend der Hoffnung Ausdruck gegeben, dass man zumindest eine Idee bekommen konnte, wie auch mit quantenphysikalischen Methoden die extremen Unterschiede von Leitfähigkeiten erklärt werden können.

Bei 53:11 wird dann ein neuer Abschnitt eingeleitet mit den Worten: "Aber das Bändermodell kann auch noch mehr ...", nämlich die Kontaktspannung, die beim Kontakt zweier Metalle entsteht, erklären. Es geht jetzt also nicht mehr um die Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband, die bei Metallen ja gar nicht mehr vorhanden ist, sondern um die energetische Tiefe der Oberkante des Leitungsbandes, die sog. Fermikante.

Bei 54:40 wird erklärt, dass eine bestimmte Austrittsarbeit überwunden werden muss, um aus einem Metall ein Elektron herauszuschlagen. Was verstehst Du darunter? Doch sicherlich nicht, die Überwindung der Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband, denn die gibt es bei den Metallen ja gar nicht. Was bedeutet also das Wort "herausschlagen" für Dich? Bei 56:33 wird ein Versuch am Ende des Semesters angekündigt, wo nachgewiesen wird, wie durch UV-Strahlung (Energiezufuhr) Elektronen aus einer Zinkoberfläche "herausgeschlagen" werden, wobei auf den diesbezüglichen Nobelpreis für Albert Einstein hingewiesen wird.

Es geht also ab 53:11 nicht mehr um die Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband und deren Überwindung, sondern um die Überwindung der Austrittsarbeit, also die vollständige Entfernung eines Elektrons aus dem metallischen Material. Ob dieses Entfernen jetzt den Übergang des Elektrons vom Metall in die Luft oder - eigentlich - ins Vakuum bedeutet, ist ohne größere praktische Relevanz. Anders ist es bei der Kontaktierung zweier Metalle mit unterschiedlichen Fermi-Niveaus, wo die Elektronen des unedleren Metalls spontan in die tieferen Energieneiveaus des edleren Metalls hinein"fallen", ohne den Umweg über das energetische Nullniveau zu nehmen, wodurch, wie ausführlich erklärt wird, eine elektrische Kontaktspannung entsteht.

Noch einmal zusammenfassend: Der von Dir angegebene Abschnitt der Vorlesung von 53:10 bis 56:45 hat mit den unterschiedlichen Leitfähigkeiten unterschiedlicher Metalle überhaupt nichts zu tun, sondern es geht ausschließlich um die Kontaktspannung zwischen zwei Metallen, deren Leitungsbänder unterschiedlich hoch gefüllt sind.
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Elektrik