Leitfähigkeiten

Leitfähigkeiten, auch Leitfähigkeit genannt, bezeichnen die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom zu leiten. Sie wird durch die Leitfähigkeit σ (Sigma) angegeben, gemessen in Siemens pro Meter (S/m). In einfachen, isotropen Medien gilt das Ohmsche Gesetz J = σE, wobei J die Stromdichte und E das elektrische Feld ist. Die Leitfähigkeit ergibt sich aus der Anzahl der Ladungsträger und deren Beweglichkeit.

Es lassen sich zwei Hauptarten unterscheiden: elektronische Leitfähigkeit, die durch bewegliche Elektronen bzw. Löcher in Metallen und Halbleitern entsteht; und ionische Leitfähigkeit, die durch bewegliche Ionen in Elektrolyten, Polymer- oder Gelmatrices entsteht. In Metallen nimmt σ mit sinkender Temperatur typischerweise zu, weil Gitterschwingungen abnehmen. In Halbleitern verändert sich σ stark mit Temperatur und Dotierung. In Elektrolyten steigt σ mit zunehmender Ionenkonzentration und Mobilität der Ionen, bis viskose oder intermolekulare Wechselwirkungen begrenzen.

Messungen erfolgen mit Methoden wie Vier-Ppunkt-Messung, Impedanzspektroskopie oder spezifischen Leitfähigkeitsmessgeräten (conductivity meters), je nach Medium. Typische Einheiten sind S/m oder S/cm; in Lösungen wird häufig mS/cm verwendet.

Anwendungen reichen von der Auswahl von Leiterwerkstoffen in Elektronik und Energiespeichern über Sensorik bis hin zur Geowissenschaft (Bodenleitfähigkeit) und Elektrochemie. Die Leitfähigkeiten liefern wichtige Hinweise auf Trägerdichte, Mobilität und Materialstruktur.