Leiterströme

Leiterströme bezeichnen den elektrischen Strom, der durch einen Leiter fließt, wenn ein elektrisches Feld anliegt. Sie beschreiben den gerichteten Fluss von Ladungsträgern in verschiedenen Medien wie Metallen, Elektrolyten oder Halbleitern. Der Begriff gilt sowohl für Gleich- als auch für Wechselströme und bildet die Grundlage der elektrischen Leitfähigkeit von Materialien.

Die Trägerarten und der Leitmechanismus unterscheiden sich je nach Medium. In Metallen dominieren Elektronen die Leitung; in Elektrolyten bewegen sich Ionen, und in Halbleitern tragen sowohl Elektronen als auch Löcher zum Strom bei. Die Beziehung zwischen Feld und Strom wird oft durch das Ohmsche Gesetz beschrieben: J = σ E, wobei J die Stromdichte, E das elektrische Feld und σ der spezifische Leitwert bzw. die Leitfähigkeit ist. In vielen Anwendungen lässt sich σ als Summe der Beiträge verschiedener Ladungsträger aufspalten, zum Beispiel σ = q(n μ_n + p μ_p) für Elektronen und Löcher, wobei n bzw. p die Ladungsträgerdichten und μ die Mobilitäten sind.

Zusammen mit der Driftbewegung der Träger (v_d = μ E) kommt der Strom durch eine Mischung aus zufälliger thermischer Bewegung und richtungsgebundener Drift zustande. In Gleichstromsystemen ist die Richtung konstant; in Wechselstromsystemen verändern sich Richtung und Betrag des J-Feldes sinusförmig, wodurch sich der Strom periodisch ändert. Die Größe des Leiterstroms bestimmt oft den Energieverbrauch, insbesondere durch I^2 R-Heizung in Leitungen und Bauelementen.

Historisch entwickelte sich das Verständnis von Leiterströmen mit der Formulierung des Ohmschen Gesetzes im 19. Jahrhundert, dem die Grundlagen der modernen Elektrizitätstheorie folgten. Heute spielen Leiterströme eine zentrale Rolle in Elektronik, Energieversorgung und elektrischen Anwendungen.