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Re: Läuft ein stark gekühlter PC besser?

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Re: Läuft ein stark gekühlter PC besser?

Autor: DerD 08.07.15 - 22:53

Hallo,

es scheint hier ein paar Missverständnisse zu der Sache mit Leitfähigkeit zu geben und das geht wirklich nicht gegen Moe479 persönlich, ich will nur die Sache an sich etwas klarstellen, z.B.:

Moe479 schrieb:
--------------------------------------------------------------------------------
> kältere leiter gleichen materials haben weniger widerstand als wärmere (*),
> da die atome in dem kristallgitter des leiters dann weniger weit schwingen,
> und die ektronen sich so ungehinderter an diesen vorbeibewegen können ...
> um so kälter um so effizienter/weniger verlust, das blöde ist nur das bei
> immer tieferen temperaturen auch als isolatoren eingesetzte materialien
> zusehens leitfähiger werden, damit aufgebaute/isolierte schaltungen
> versagen.

Also der Unterschied zwischen Leitern, Halbleitern und Isolatoren ist einfach gesagt die unterschiedlich große Bandlücke zwischen Leitungsband und Valenzband.
Erstmal Isolatoren und Halbleiter (das was im wesentlichen im Rechner steckt und "was macht"):
Bei 0K, also dem absoluten Temperaturminimum steht den Elektronen am wenigsten Energie zur Verfügung und sie befinden sich damit alle im Valenzband, da das Leitungsband eine höhere Energie der Elektronen voraussetzt. Wenn aber das Valenzband voll mit Elektronen ist, kann darin kein Strom fließen. Das liegt daran, dass dazu Elektronen beschleunigt werden müssten, diese also eine höhere Energie annehmen müssten. Aber der Platz im Valenzband, den sie dann einnehmen müssten, ist schon besetzt.
Im Leitungsband kann eh kein Strom fließen, da es da keine Elektronen gibt.
Um also Strom fließen zu lassen, muss man ein paar Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband heben, ihnen also Energie zuführen um die Bandlücke zu überspringen. Das geht z.B. mit Wärme oder mit Licht. Bei Raumtemperatur sind z.B. im Halbleiter ein paar Elektronen im Leitungsband, die dann im Valenzband fehlen. Dadurch kann sowohl im Leitungsband als auch im Valenzband ein Strom fließen, da jetzt genug freie Plätze übrig sind, wo die Elektronen dann hinbeschleunigen können. Also sinkt der Widerstand mit steigender Temperatur. Das ist erstmal bei allen Halbleitern so.
Isolatoren haben eine so große Bandlücke, dass Raumtemperatur oder ein paar hunder Grad Celcius noch keine nennenswerte Leitfähigkeit verursacht. Aber auch die werden bei niedrigen Temperaturen eher bessere Isolatoren.

Bei Metallen sieht es so aus, dass sich das Valenzband und das Leitungsband immer überlappen. Es gibt also keine Bandlücke und man kann immer einen Strom durchleiten.

Der erwähnte Effekt, dass kalte Metalle besser Strom leiten als warme ist so schon richtig und trifft im Prinzip auch auf Isolatoren und Halbleiter zu, allerdings ist der Effekt viel kleiner als der oben beschriebene und außerdem braucht man ja auch erstmal Ladungsträger, die weniger gebremst werden können.

Weiter stand da von Moe479:
>(*) beim abseluten nullpunkt von ca. -273,4°C bzw. 0 Kelvin ist jedes material gleich leitfähig. jedes material besitzt zudem eine spezifische sprungtempratur, die aber auch noch durch magnetfelder beinflusst werden kann, ab der es zum sogn. supraleiter wird, also leiter ohne wiederstand, da die bewegung der atome im kristallgitter sich soweit eingestellt hat, dass kein elektron mehr am durchfluss gehindert wird.

Also die Sache mit der Supraleitung ist nicht so ganz einfach wie das hier geschrieben wird. Der eigentliche Clou an Supraleitung ist, dass die thermische Energie so klein ist, dass sich 2 Elektronen im Material über die Atomrümpfe zusammenbinden können. Dadurch bilden sie ein sogenanntes Cooper-Paar, was an sich nichts besonderes wäre, wenn sie Ihren Spin nicht von 1/2 auf 0 oder 1 ändern würden. Damit bilden sie ein ganz neues Teilchen für das ganz andere Regeln gelten. Das ganze Bändermodell ist dann ziemlich egal und man kann Strom ohne Widerstand transportieren... solange es nicht zu viel wird.

Bei Interesse kann man das aber auch alles in Standart Festkörperphysikbüchern nachlesen (z.B. Kopitzki oder Ibach/Lüth).

Gruß,
DerD


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Läuft ein stark gekühlter PC besser?

Nr.1 | 08.07.15 - 08:23
 

Re: Läuft ein stark gekühlter PC besser?

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DerD | 08.07.15 - 22:53
 

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