Ein elektrischer Leiter ist ein Medium, welches frei bewegliche Ladungsträger besitzt, und somit zu dem Transport geladener Teilchen benutzt werden kann. Diesen Transport bezeichnet man elektrischen Strom.

Metalle sind Leiter 1. Klasse. Die Leitfähigkeit von Metallen beruht auf der Anzahl der Elektronen auf ihrer Außenschale. Metalle bilden eine Bindung in der die Elektronen ca. schwach gebunden sind. Die Elektronen sind mehr oder weniger frei beweglich. Leiter haben das Merkmal des spezifischen Widerstands, einem Maß für die Leitfähigkeit. Die besten elektrischen Leiter sind Gold und Silber. Als günstigere Alternative wird aber das ebenfalls gut leitende Kupfer benutzt. Die Leitfähigkeit hängt auch von der Temperatur ab. Ihre Leitfähigkeit bleibt innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen konstant. Der spezifische Widerstand der meisten Leiter vergrößert sich bei Erwärmung.

Wenn man Metalle quantenmechanisch (Blochwellenfunktion , Fermistatistik ) betrachtet, ergibt sich, dass die Elektronen nicht jede Energie annehmen können, sondern ca. in bestimmten Energiebändern sein können - die Form dieser Bänder hängt vom Kristallgitter des Materials ab.
Die Fermienergie (ist in etwa die Energie der energiereichsten Elektronen) ermöglicht eine Unterscheidung:

• Wenn die Fermienergie in einem erlaubten Band (Leitungsband) liegt spricht man von einem Leiter.
• Liegt die Fermieenergie zwischen den erlaubten Bändern ist es ein ...
  • ... Isolator wenn der energetische Abstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband groß gegenüber der thermischen Energie ist.
  • ... sonst ist es ein Halbleiter.

Halbleiter sind einen Sonderform, in reinen Zustand können ihre Kristallgitter stabile Elektronenbindungen aufbauen. Die Elektronen können bei höherer Temperatur in ein Leitungsband aufsteigen, daher leiten Halbleiter in dem Gegensatz zu Metallen bei höheren Temperaturen besser.
Ein interessanter Effekt bei Halbleitern ist die Löcherleitung (auch Fehlstellenleitung ). Dasins Leitungsband aufgestiegene Elektron hinterlässt ein Loch in der Bindung. Dieses Loch verhält sich ähnlich einem Elektron mit positiver Ladung und trägt auch zur Leitfähigkeit bei.

In Halbleiter können auch noch Fremdatome eingebracht werden. Man spricht dann von Dotierung. Die Fremdatome dienen entweder dazu zusätzliche Elektronen einzubringen - man spricht dann von n-Dotierung (z.B. N in Si-Kristall) oder enthalten weniger Elektronen um Löcher einzubringen, was p-Dotierung genannt wird (z.B. B in Si-Kristall).

Modelle::Drude-Theorie , Sommerfeld-Theorie , Bloch-Theorie

Ein interessanter Effekt der bei niedrigen Temperaturen auftritt ist die Supraleitung dabei hat der Leiter gar keinen Widerstand. Der Effekt ist von quantenmechanischer Natur. Die nötige Temperatur ist von der Legierung abhängig. Während die ersten behandelten Supraleiter Temperaturen in der Nähe des Absoluten Nullpunktes (Absoluter Nullpunkt) benötigen sind heute auch so genannte Hochtemperatur Supraleiter bekannt, diese supraleiten schon bei Temperaturen in der "Nähe" der normalen Raumtemperatur.

Anwendungen:

• Für hochempfindliche Sensoren für elektro-magnetische Felder.
• zu dem vermindern der Widerstandsverluste in elektrischen Anlagen.
• verlustfreier Transport von Elektrizität.

So genannte Ionen-Leiter sind Leiter 2. Klasse. Als Beispiel für solche Leiter seien hier Salzlösungen genannt. Die Leitfähigkeit entsteht durch Dissoziation (Aufspaltung) der Bindung in Wasser. Die beiden Ionen trennen sich in dem Wasser und werden frei beweglich. Damit sind freie Ladungsträger als Voraussetzung für die Stromleitung vorhanden. Die Leitfähigkeit dieses Leiters kann sich in dem Laufe eines Versuchs verändern, wenn Teile der Ladungsträger andere chemische Bildungen eingehen. Dann kann man davon reden, dass der Leiter "verbraucht" wird.

Die Wärmeleitung ist einer von drei Mechanismen in denen thermische Energie transportiert werden kann. (Die beiden anderen Möglichkeiten sind Strahlung und Konvektion (Strömung).)

In Festkörpern erfolgt der Wärmetransport durch die Ausbreitung von Gitterschwinkungen. Eine gute Ausbreitungsmöglichkeit für diese anregregten Schwingungen bieten Leitungselektronen, daher sind elektrische Leiter, insbesondere Metalle, auch gute Wärmeleiter. Die Behandlung dieses Phänomens erfolgt in der Regel zweckmäßigerweise in dem Modell eines freien oder quasifreien Elektronengases (also von Elektronen, die sich in guter Näherung annähernd frei in dem Festkörper bewegen können, vergleichbar der Beweglichkeit eines Gases. (Drude-Theorie , Sommerfeld-Theorie ). Da bei dieser Leitung die Elektronen bewegt werden entsteht auch ein Stromfluss (Seebeck-Effekt).

In elektrischen Isolatoren wird die Wärme in dem wesentlichen durch Gitterschwingungen (Phononen) übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit hängt daher von der Schallgeschwindigkeit ab.

In Halbleitern treten beide Effekte auf.

Gute Wärmeleiter sind: Metalle Gute thermische Isolatorern sind: Holz, Kunststoffe, Salze

Entgegen allgemeiner Annahme ist Wasser ein schlechter Wärmeleiter. Wesentlichen Beitrag zu dem Wärmetransport liefert hier, in dem Gegensatz zu Festkörpern, die Konvektion.

Weitere Modelle: Einsteinmodell des Festkörpers

Ein bekannter Wellenleiter für hochfrequete elektromagnetische Wellen ist das Koaxialkabel.

Der Wellenleiter für Mikrowellen nützt aus, dass die Wellen Ströme induzieren. Sie sind in dem wesentlichen ein metallisches Rohr (rund oder auch rechteckig), dessen Durchmesser etwas größer ist als die Wellenlänge der zu transportierenden Welle.

Optische Wellenleiter gibt es in zwei Bauformen

• 1-Dimensional: Ein Beispiel sind Glasfasern. Bei konventiobezeichnen Glasfasern erfolgt die Lichtleitung mithilfe der Totalreflexion. Bei einigen modernen Varianten wird die Licht mithilfe von photonischen Kristallen geführt.
• 2-Dimensional: Ein Beispiel sind planare Wellenleiter. Sie werden z. B. in Halbleiterlasern eingesetzt.