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Leiter, Halbleiter und Isolator Klasse N

Abschnitt 3.2.1 · Elektrizitäts-, Elektromagnetismus- und Funktheorie · Technische Kenntnisse Klasse N. 4 Fragen, jede mit Erklärung.

Auf dieser Seite stehen alle 4 Prüfungsfragen zum Thema Leiter, Halbleiter und Isolator (Kapitel „Elektrizitäts-, Elektromagnetismus- und Funktheorie“). Überlege erst selbst und klappe dann die Lösung auf: Dort steht der Lösungsweg und bei jeder falschen Antwort, welcher Denkfehler dahintersteckt.

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Im Lehrgang des DARC nachlesen (50ohm.de):

Leiter und Nichtleiter

Ob ein Stoff Strom leitet, hängt daran, ob in ihm frei bewegliche Ladungsträger sitzen. In Metallen sind die äußeren Elektronen nicht an ein einzelnes Atom gebunden, sondern wandern frei durch das ganze Stück — deshalb leiten ALLE Metalle, nur verschieden gut. In Kunststoffen und Keramik ist jedes Elektron in einer Bindung festgehalten; es gibt nichts, was wandern könnte, und deshalb leiten sie praktisch nicht. Daraus folgt für die Prüfung ein sehr zuverlässiger Griff: sobald in einer Gruppe angeblicher Nichtleiter EIN Metall steht, ist die ganze Gruppe falsch — Bronze, Messing und Wolfram sind Metalle, also Leiter. Kork ist übrigens durchaus ein Nichtleiter — die Gruppe mit Kork scheitert allein an Messing, das mit darin steht. Übrig bleibt die Gruppe aus Porzellan und Kunststoffen, und die ist auch die praktisch richtige: Porzellan, PE, PS, PTFE und PVC sind genau die Stoffe, aus denen Isolatoren, Kabelmäntel und Kabeldielektrika gebaut werden. Unter den Metallen ist die Reihenfolge der Leitfähigkeit auswendig zu wissen, aber sie ist kurz und merkbar: Silber ist das beste Metall überhaupt, Kupfer liegt knapp darunter — und Kupfer ist deshalb der Werkstoff der Praxis, weil es viel billiger ist. Gold leitet schlechter als Kupfer und wird nicht der Leitfähigkeit wegen verwendet, sondern weil es nicht oxidiert; darum sind Steckkontakte vergoldet. Dann kommen Aluminium, Wolfram, Zink, und am Ende der Reihe Zinn. Genau darum ist eine Lötstelle aus Zinn kein guter Leiter — sie funktioniert nur, weil sie so kurz ist, dass die schlechte Leitfähigkeit nicht ins Gewicht fällt.

Silberbester LeiterEtwa 62 Megasiemens je Meter. Zu teuer für Leitungen.
Kupferknapp darunterEtwa 58 MS/m. Der Werkstoff der Praxis.
Goldschlechter als KupferEtwa 41 MS/m. Verwendet wegen der Oxidfreiheit, nicht wegen der Leitfähigkeit.
AluminiumdarunterEtwa 37 MS/m. Leicht, daher für Freileitungen und Antennenrohre.
Wolframdeutlich schlechterEtwa 18 MS/m. Verwendet wegen des hohen Schmelzpunkts.
Zinknoch schlechterEtwa 17 MS/m.
Zinnschlechtester der genanntenEtwa 9 MS/m. Lot leitet schlecht.
Alle MetalleleitenAuch Bronze, Messing, Wolfram — daher nie Isolator.
PorzellanNichtleiterKlassischer Isolator für Antennen und Freileitungen.
PE — PolyethylenNichtleiterDielektrikum in Koaxialkabeln.
PS — PolystyrolNichtleiter
PTFENichtleiterSehr verlustarm und hitzefest.
PVCNichtleiterDer übliche Kabelmantel.

Merken: Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Wolfram, Zink, Zinn — in dieser Reihenfolge von gut nach schlecht. Kupfer ist der Werkstoff der Praxis, Gold wird wegen der Oxidfreiheit genommen, Zinn ist der schlechteste. Und: steht in einer Gruppe „Nichtleiter“ ein Metall wie Bronze, Messing oder Wolfram, ist die ganze Gruppe falsch. Achtung: zwei Fragen haben WORTGLEICH denselben Text — entscheidend ist allein, welche Metalle angeboten werden. Steht Silber dabei, ist Silber die Antwort; steht es nicht dabei, ist es Kupfer.

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Die 4 Fragen

NB101Welches der genannten Metalle hat bei Raumtemperatur die höchste elektrische Leitfähigkeit?ab Klasse N

  1. Zink
  2. Wolfram
  3. Kupfer
  4. Aluminium
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Richtig ist C: Kupfer

Kniff: Silber steht diesmal nicht zur Wahl, also gewinnt das nächstbeste Metall der Reihe, und das ist Kupfer. Aluminium ist die stärkste Verlockung, weil es an Antennen so häufig vorkommt. Häufig verbaut heißt aber nicht gut leitend, sondern hier nur leicht.

Warum die anderen nicht stimmen:

  • Zink – Zink liegt mit etwa 17 MS/m fast am Ende der Reihe und ist von den vier Angeboten sogar das schlechteste.
  • Wolfram – Wolfram hat mit etwa 18 MS/m nur rund ein Drittel der Leitfähigkeit von Kupfer. Es wird wegen seines hohen Schmelzpunkts eingesetzt, nicht wegen der Leitfähigkeit.
  • Aluminium – Aluminium ist mit etwa 37 MS/m hier das zweitbeste, kommt aber an die 58 MS/m des Kupfers nicht heran. Genommen wird es, weil es leicht ist — für Antennenrohre und Freileitungen.

Mehr dazu: Leiter und Nichtleiter

NB102Welches der genannten Metalle hat bei Raumtemperatur die höchste elektrische Leitfähigkeit?ab Klasse N

  1. Kupfer
  2. Zinn
  3. Silber
  4. Gold
Lösung und Erklärung zeigen
Richtig ist C: Silber

Kniff: Diesmal steht Silber mit auf der Liste, und damit ist die Frage entschieden, bevor man über die Praxis nachdenkt. Kupfer ist die Falle: es ist der Werkstoff, den man überall verbaut, aber nicht der beste Leiter. Gefragt ist die Leitfähigkeit, nicht das, was man kauft.

Warum die anderen nicht stimmen:

  • Kupfer – Kupfer liegt mit etwa 58 MS/m knapp unter den 62 MS/m des Silbers. In der Nachbarfrage NB101, in der Silber fehlt, ist Kupfer richtig — hier steht Silber aber zur Wahl.
  • Zinn – Zinn ist mit etwa 9 MS/m der schlechteste Leiter der ganzen Reihe, also genau das Gegenteil des Gesuchten.
  • Gold – Gold leitet mit etwa 41 MS/m schlechter als Kupfer und damit erst recht schlechter als Silber. Dass es teuer ist und für Kontakte genommen wird, sagt nichts über die Leitfähigkeit — vergoldet wird wegen der Oxidfreiheit.

Mehr dazu: Leiter und Nichtleiter

NB103Welches der genannten Metalle hat bei Raumtemperatur die schlechteste elektrische Leitfähigkeit?ab Klasse N

  1. Gold
  2. Zinn
  3. Kupfer
  4. Aluminium
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Richtig ist B: Zinn

Kniff: Lies die Frage bis zum Ende, denn gesucht ist die schlechteste Leitfähigkeit, nicht die beste. Zinn steht am unteren Ende der Reihe, und der Abstand ist groß: etwa 9 MS/m gegen 37 MS/m beim nächstschlechteren der Antworten. Wer die Richtung verdreht, greift zu Kupfer.

Warum die anderen nicht stimmen:

  • Gold – Gold liegt mit etwa 41 MS/m im Mittelfeld und leitet mehr als viermal so gut wie Zinn. Verlockend ist die Antwort nur, weil Gold hier das teuerste Metall ist — der Preis sagt über die Leitfähigkeit nichts.
  • Kupfer – Das ist die genaue Umkehrung der Frage: Kupfer ist mit etwa 58 MS/m das beste der vier angebotenen Metalle. Hier ist nach der besten statt nach der schlechtesten Leitfähigkeit gesucht worden.
  • Aluminium – Aluminium ist mit etwa 37 MS/m zwar das zweitschlechteste der vier und liegt sogar unter Gold, aber immer noch rund viermal über Zinn. Knapp daneben genügt hier nicht.

Mehr dazu: Leiter und Nichtleiter

NB104Die Materialien welcher Gruppe sind bei Raumtemperatur alle Nichtleiter (Isolatoren)?ab Klasse N

  1. Porzellan, Polyethylen (PE), Bronze
  2. Polystyrol (PS), Messing, Kork
  3. Porzellan, Polyethylen (PE), Polystyrol (PS)
  4. Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC), Wolfram
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Richtig ist C: Porzellan, Polyethylen (PE), Polystyrol (PS)

Kniff: Die Gruppen sind so gebaut, dass in drei von ihnen ein Metall steckt, jedes Mal an einer anderen Stelle. Prüfe deshalb jedes Glied einzeln daraufhin, ob es ein Metall ist: Bronze und Messing sind Legierungen aus Kupfer, Wolfram ist ein reines Metall. Übrig bleibt die Gruppe, in der nur Keramik und Kunststoffe stehen.

Warum die anderen nicht stimmen:

  • Porzellan, Polyethylen (PE), Bronze – Die ersten zwei Glieder sind richtig, das dritte kippt die ganze Gruppe: Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn, also ein Metall und damit ein Leiter.
  • Polystyrol (PS), Messing, Kork – Zwei Mängel in einer Gruppe: Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink und leitet, und Kork gehört nicht zu den technischen Isolierstoffen dieser Aufstellung.
  • Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC), Wolfram – PTFE und PVC sind genau die Kunststoffe aus dem Koaxialkabel, aber Wolfram ist ein Metall mit etwa 18 MS/m. Sein hoher Schmelzpunkt verleitet dazu, es für eine Keramik zu halten.

Mehr dazu: Leiter und Nichtleiter

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Fragen und Abbildungen: Prüfungsfragenkatalog der Bundesnetzagentur, 3. Auflage (gültig seit 24. Juni 2024), Datenlizenz Deutschland – Namensnennung – 2.0. Die Antworten sind gemischt. Erklärungen, Lösungswege und Begriffsblätter: Amateurfunk-Trainer.