Leiter und Isolatoren

Elektrizität – für so viele Dinge nützlich. Wenn Strom durch die Lichterkette läuft, erreicht er die Glühbirnen und bringt sie zum Leuchten. Keine Angst, Philipp! Der Strom wird dir nicht weh tun, auch wenn du das Kabel anfässt. Strom kann sicherlich gefährlich sein, aber schau dir das Kabel mal genau an – was du berührst, ist nur der äußere Kunststoff.

Im Kabel laufen Metalldrähte aus Kupfer. Und die elektrische Ladung fließt nur durch diese Kupferdrähte. Elektrische Ladungen lieben Materialien wie Kupfer, die sie nicht am Fließen hindern. Kupfer leitet Strom – es ist ein Stromleiter. Mit Kunststoffen ist das anders.

Plastik lässt keine Elektrizität durch. Es isoliert den Strom von dir, so dass du keinen Stromschlag bekommst. Kunststoffe sind gute Isolatoren. Was macht Kupfer zu einem guten Leiter, während Plastik bestens als Isolator geeignet ist? Das schauen wir uns mal genau an.

Beim Strom dreht sich alles um elektrische Ladungen. Und eine Ladung kann positiv oder negativ sein. Geladene Teilchen streben immer danach, im Gleichgewicht zu sein, so dass es überall genauso viel positive wie negative Ladung gibt. Und wenn sie nicht im Gleichgewicht sind, tun sie alles, um es zu sein. Diese Anziehung zwischen den negativen und positiven Ladungen ist eine elektrostatische Kraft, die an den geladenen Teilchen zieht.

Ein Elektron ist ein geladenes Teilchen mit einer negativen Ladung. Wenn wir von Strom sprechen, ist das Elektron das geladene Teilchen, mit dem wir es am meisten zu tun haben. Der Bereich auf der linken Seite ist negativ geladen – mit einem Überschuss an Elektronen. Auf der rechten Seite ist indes ein Bereich mit positiver Ladung – einem Defizit an Elektronen, das heißt einer Mehrheit von positiv geladenen Protonen. Die Protonen werden von den Elektronen angezogen, hängen aber an ihren Atomen fest und können sich nicht bewegen.

Die Elektronen hingegen spüren die Anwesenheit der Protonen und wollen unbedingt zu ihnen. Diese Elektronen können sich bewegen, denn sie sind weniger fest an ihre Atome gebunden. Doch sie kommen wegen der Luft zwischen ihnen nicht weit, und es ist zu weit für sie zu springen. Also helfen wir ihnen, indem wir einen Draht – einen Leiter – aus Kupfer installieren. Das Element Kupfer hat eine besonders praktische Eigenschaft: Ein Kupferatom hat neunundzwanzig Elektronen.

Achtundzwanzig von ihnen hängen fest im Atom. Doch eines von ihnen kann sich frei bewegen. Dieses freie Elektron springt herum und kann Plätze tauschen mit anderen freien Elektronen, während es andere Kupferatome im Draht umkreist. Es sind diese freien Elektronen, die Kupfer zu einem Stromleiter machen. In allen Stromleitern können Elektronen sich frei bewegen.

Okay, soweit zu den Leitern. Lasst uns nun den Kupferleiter gegen Kunststoff austauschen. Die meisten Plastikarten haben überhaupt keine oder fast keine freien Elektronen. Die Moleküle im Kunststoff halten all ihre Elektronen fest. Egal also, wie sehr die Elektronen auch auf die andere Seite wollen, da geht gar nichts.

Kunststoffe sind Isolatoren, da die Elektronen sich im Plastik nicht frei bewegen können. Die meisten Metalle haben freien Elektronen und sind gute Leiter: etwa Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Eisen. Kunststoffe, Glas und Keramik sind hingegen gute Isolatoren – und leiten fast keinen Strom. Deshalb gilt es als sicher, das Kabel anzufassen, selbst wenn innen Strom hindurchfließt. Nein, schneide das Kabel nicht durch!

Stimmt, die Lichterkette ist ein wenig zu lang. Aber wenn du sie jetzt mit der Zange schneidest, schneidest du auch durch die Plastik-Isolierung. Und die Zange aus Metall berührt die Kupferdrähte... Wenn du das tust... Was meinst du, wohin der elektrische Strom dann fließt?

Genau, wenn du Pech hast, läuft er geradewegs durch dich hindurch. Gut, so ist's besser.