Ohmsches Gesetz - Der Widerstand

Ohmsches Gesetz und Widerstände (Juni 2019).

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Anonim

Es ist intuitiv, dass Spannung und Strom irgendwie zusammenhängen. Wenn zum Beispiel die Potentialdifferenz zwischen zwei Enden eines Drahtes erhöht wird, würden wir erwarten, dass ein größerer Strom fließt, genauso wie die Strömungsrate von Gas durch eine Pipeline zunimmt, wenn eine größere Druckdifferenz angelegt wird.

Bei den meisten Materialien, einschließlich metallischen Leitern, ist diese Beziehung zwischen Spannung und Strom linear: wenn die Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Leiters zunimmt, steigt der Strom durch den Leiter proportional an.

Diese Aussage wird im Ohmschen Gesetz ausgedrückt:

V = IR

Zu sagen, dass das Ohmsche Gesetz für einen bestimmten Leiter gilt, ist zu sagen, dass der Widerstand dieses Leiters in Bezug auf Strom und Spannung tatsächlich konstant ist. Bestimmte Materialien und elektronische Vorrichtungen zeigen eine nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung, dh ihr Widerstand variiert in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.

Die Beziehung V = IR wird immer noch zu einem gegebenen Zeitpunkt gelten, aber der Wert von R wird für verschiedene Werte von V und I unterschiedlich sein .

Diese nichtlinearen Geräte haben spezielle Anwendungen und werden in diesem Artikel nicht behandelt. Der Widerstand neigt auch dazu, mit der Temperatur zu variieren, obwohl ein Leiter immer noch bei jeder Temperatur dem Ohmschen Gesetz folgen kann.

Zum Beispiel nimmt der Widerstand eines Kupferdrahtes zu, wenn er sich aufheizt. In den meisten Betriebsmodi sind diese Variationen vernachlässigbar. Im Allgemeinen wird dies in jeder Situation, in der Widerstandsänderungen signifikant sind, explizit erwähnt. Wenn man daher ohne weitere Ausarbeitung auf den Begriff "Widerstand" stößt, kann man davon ausgehen, dass dieser Widerstand innerhalb des gegebenen Kontextes eine feste, unveränderliche Eigenschaft des betreffenden Objekts ist.

Der Widerstand hängt sowohl von der Materialzusammensetzung als auch von der Form des Objekts ab. Bei einem Draht nimmt der Widerstand mit der Länge zu und nimmt mit der Querschnittsfläche ab.

Auch hier ist die Analogie zu einem Gas- oder Wasserrohr praktisch: Wir wissen, dass ein Rohr bei gleichem Druckunterschied eine höhere Durchflussrate zulässt, während der Durchfluss mit der Länge des Rohrs abnimmt. Dies ist auf Reibung im Rohr zurückzuführen, und tatsächlich tritt eine analoge "Reibung" auf, wenn ein elektrischer Strom durch ein Material fließt.

Diese Reibung kann erklärt werden, indem auf die mikroskopische Bewegung von Elektronen oder Ionen Bezug genommen wird, und festgestellt wird, dass sie mit anderen Teilchen in dem Material wechselwirken oder kollidieren, wenn sie gehen. Die resultierenden Kräfte neigen dazu, die Bewegung der Ladungsträger zu behindern und begrenzen in der Tat die Geschwindigkeit, mit der sie passieren. Diese Kräfte variieren aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Anordnung von Elektronen und Kernen für verschiedene Materialien und bestimmen die Leitfähigkeit des Materials.

Diese intrinsische Materialeigenschaft, unabhängig von Größe oder Form, wird als Widerstand bezeichnet und wird mit ρ (dem griechischen Kleinbuchstaben Rho) bezeichnet.

Der tatsächliche Widerstand eines Objekts ist gegeben durch den spezifischen Widerstand multipliziert mit der Länge des Objekts (1) und geteilt durch seine Querschnittsfläche ( A ):

Die Einheiten des Widerstands sind Ohm, abgekürzt Ω (griechisches Haupt-Omega). Indem wir das Ohmsche Gesetz umstellen, sehen wir, dass der Widerstand gleich der Spannung geteilt durch den Strom ist. Widerstandseinheiten entsprechen somit Spannungseinheiten geteilt durch Stromeinheiten. Per Definition entspricht ein Ohm einem Volt pro Ampere ( Ω = V / A ).

Die Einheiten des spezifischen Widerstands sind Ohmmeter ( Ω-m ), die durch die vorhergehende Formel rekonstruiert werden können: wenn Ohmmeter mit Metern multipliziert werden (für 1) und durch Quadratmeter geteilt werden (für A ), ist das Ergebnis einfach Ohm . Der Widerstand, der eine intrinsische Eigenschaft eines Materials ist, ist nicht zu verwechseln mit dem Widerstand pro Längeneinheit (normalerweise eines Drahtes), der in Einheiten von Ohm pro Meter ( Ω / m ) angegeben ist.

Letztere Maßnahme berücksichtigt bereits den Drahtdurchmesser; es stellt in Wirklichkeit die Menge ρ / A dar . Die spezifischen Widerstände verschiedener Materialien in Ω-m können in technischen Tabellen gefunden werden.

Quelle: Elektrische Energiesysteme - A. Von Meir

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