Elektrische Leiter besitzen bewegliche elektrisch geladene Teilchen, die in Metallen als "Elektronen" bezeichnet werden. Wenn an bestimmten Stellen eine elektrische Ladung an ein Metall angelegt wird, bewegen sich die Elektronen und lassen Elektrizität durch. Materialien mit hoher Elektronenbeweglichkeit sind gute Leiter und Materialien mit geringer Elektronenbeweglichkeit sind keine guten Leiter, sondern werden als "Isolatoren" bezeichnet.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Stahl und Messing sind übliche Stromleiter. Obwohl sowohl Silber als auch Gold wirksam sind, sind sie für den allgemeinen Gebrauch zu teuer. Individuelle Eigenschaften machen jedes für bestimmte Zwecke ideal.
Kupfer und Silber sind am häufigsten
Silber ist der beste Stromleiter, da es eine höhere Anzahl beweglicher Atome (freie Elektronen) enthält. Damit ein Material ein guter Leiter ist, muss die durch es geleitete Elektrizität die Elektronen bewegen können; je mehr freie Elektronen in einem Metall enthalten sind, desto höher ist seine Leitfähigkeit. Silber ist jedoch teurer als andere Materialien und wird normalerweise nicht verwendet, es sei denn, es wird für spezielle Geräte wie Satelliten oder Leiterplatten benötigt. Kupfer ist weniger leitfähig als Silber, aber billiger und wird häufig als effektiver Leiter in Haushaltsgeräten verwendet. Die meisten Drähte sind verkupfert und Elektromagnetkerne sind normalerweise mit Kupferdraht umwickelt. Kupfer ist auch leicht zu löten und zu Drähten zu wickeln, daher wird es oft verwendet, wenn eine große Menge an leitfähigem Material benötigt wird.
Aluminium funktioniert gut, birgt aber Risiken
Aluminium ist im Vergleich zum Stückgewicht tatsächlich leitfähiger als Kupfer und kostet weniger. Aluminiummaterial wird in Haushaltsprodukten oder in der Verkabelung verwendet, ist jedoch keine übliche Wahl, da es mehrere strukturelle Mängel aufweist. Aluminium hat beispielsweise die Tendenz, in elektrischen Verbindungen eine elektrisch widerstandsfähige Oxidoberfläche zu bilden, die eine Überhitzung der Verbindung verursachen kann. Aluminium wird stattdessen für Hochspannungsübertragungsleitungen (wie beispielsweise Freileitungskabel) verwendet, die für zusätzlichen Schutz mit Stahl ummantelt werden können.
Gold ist effektiv, aber teuer
Gold ist ein guter elektrischer Leiter und läuft nicht wie andere Metalle an der Luft an – zum Beispiel können Stahl oder Kupfer bei längerem Kontakt mit Sauerstoff oxidieren (korrodieren). Gold ist besonders teuer und wird nur für bestimmte Materialien verwendet, beispielsweise für Leiterplattenkomponenten oder kleine elektrische Steckverbinder. Einige Materialien können als elektrischer Leiter vergoldet werden oder eine kleine Menge Gold verwenden, das dann in einem anderen Material plattiert wird, um die Herstellungskosten zu senken.
Stahl- und Messinglegierungen haben spezielle Anwendungen
Stahl ist eine Eisenlegierung, die auch ein Leiter ist, und ein unflexibles Metall, das an Luft stark korrosiv ist. Es ist schwer zu gießen und wird nicht in kleinen Produkten oder Maschinen verwendet; stattdessen wird Stahl verwendet, um andere Leiter zu umhüllen oder für große Strukturen. Messing, das ebenfalls eine Legierung ist, ist ein zugfestes Metall, das sich für kleinere Maschinen leicht biegen und in verschiedene Teile formen lässt. Es ist weniger korrosiv als Stahl, etwas leitfähiger, billiger in der Anschaffung und behält auch nach Gebrauch seinen Wert, während Stahllegierungen nur beim ersten Kauf wertvoll sind.