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Das Ohmsche Gesetz ist eines der grundlegendsten und wichtigsten Gesetze für elektrische und elektronische Schaltungen. Es setzt Strom, Spannung und Widerstand für ein lineares Gerät in Beziehung, so dass, wenn zwei bekannt sind, der dritte berechnet werden kann.
Da Strom, Spannung und Widerstand drei der wichtigsten Schaltungsgrößen sind, bedeutet dies, dass das Ohmsche Gesetz auch immens wichtig ist.
Das Ohmsche Gesetz wird in allen Zweigen der elektrischen und elektronischen Wissenschaft verwendet. Es wird verwendet, um den Wert von Widerständen zu berechnen, die in Schaltkreisen benötigt werden, und es kann auch verwendet werden, um den Strom zu bestimmen, der in einem Schaltkreis fließt, in dem die Spannung leicht über einem bekannten Widerstand gemessen werden kann, aber darüber hinaus wird das Ohmsche Gesetz in einer großen Anzahl von Berechnungen in allen Formen von elektrischen und elektronischen Schaltkreisen verwendet – in der Tat überall, wo Strom fließt.
Entdeckung des Ohmschen Gesetzes
Es gibt eine mathematische Beziehung, die Strom, Spannung und Widerstand miteinander verbindet. Ein deutscher Wissenschaftler namens Georg Ohm führte viele Experimente durch, um eine Verbindung zwischen den dreien zu zeigen. Zu der Zeit, als er seine Experimente durchführte, gab es noch keine Messgeräte, wie wir sie heute kennen.
Er schaffte es erst nach erheblichem Aufwand und im zweiten Anlauf, das zu formulieren, was wir heute als Ohmsches Gesetz kennen.
Notiz zu Georg Ohm:
Der 1879 in Erlangen, etwa 50 Meilen nördlich von München, geborene Georg Ohm gehörte zu den Menschen, die viel über die neue Wissenschaft der Elektrizität erforschten und den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom in einem Leiter entdeckten – dieses Gesetz wird heute zu Ehren seiner Arbeit Ohmsches Gesetz genannt.
Lesen Sie mehr über Georg Ohm.
Was genau ist das Ohm’sche Gesetz?
Das Ohm’sche Gesetz beschreibt die Art und Weise, wie Strom durch ein Material fließt, wenn verschiedene Spannungspegel angelegt werden. Einige Materialien, wie z. B. elektrische Drähte, bieten dem Stromfluss nur einen geringen Widerstand und diese Art von Material wird als Leiter bezeichnet. Wenn dieser Leiter also beispielsweise direkt über eine Batterie gelegt wird, würde viel Strom fließen.
In anderen Fällen kann ein anderes Material den Stromfluss behindern, aber dennoch etwas durchlassen. In elektrischen Schaltungen werden diese Bauteile oft als Widerstände bezeichnet. Wieder andere Materialien lassen so gut wie keinen Strom durch und diese Materialien werden Isolatoren genannt.
Ohm betrachtete die Art und Weise, wie Strom in verschiedenen Materialien fließt, und er konnte sein Gesetz entwickeln, das wir heute als Ohmsches Gesetz bezeichnen.
Um eine erste Vorstellung davon zu bekommen, was passiert, kann man die elektrische Situation mit dem Wasserfluss in einem Rohr vergleichen. Die Spannung wird durch den Wasserdruck im Rohr repräsentiert, der Strom durch die Wassermenge, die durch das Rohr fließt, und schließlich ist der Widerstand das Äquivalent für die Größe des Rohrs.
Man kann sich vorstellen, dass je breiter das Rohr ist, desto mehr Wasser fließt. Der Grund dafür ist, dass durch ein breiteres Rohr leichter mehr Wasser fließen kann als durch ein engeres – das engere Rohr bietet dem Wasserfluss mehr Widerstand. Auch wenn mehr Druck in einem Rohr ist, wird bei gleichem Rohr mehr Wasser fließen.
Ohm stellte fest, dass bei normalen Materialien eine Verdoppelung der Spannung den Stromfluss für ein bestimmtes Bauteil verdoppelt. Unterschiedliche Materialien oder die gleichen Materialien mit unterschiedlichen Formen weisen unterschiedliche Widerstände für den Stromfluss auf.
Definition des Ohm’schen Gesetzes
Das Ohm’sche Gesetz besagt, dass der in einem Stromkreis fließende Strom direkt proportional zur angelegten Potentialdifferenz und umgekehrt proportional zum Widerstand im Stromkreis ist.
Mit anderen Worten, wenn man die Spannung in einem Stromkreis verdoppelt, verdoppelt sich auch der Strom. Wird jedoch der Widerstand verdoppelt, so sinkt der Strom um die Hälfte.
In dieser mathematischen Beziehung wird die Einheit des Widerstands in Ohm gemessen.
Formel des Ohmschen Gesetzes
Die Formel oder Gleichung des Ohmschen Gesetzes ist sehr einfach.
Das Ohmsche Gesetz kann in einer mathematischen Form ausgedrückt werden:
Wobei:
V = Spannung ausgedrückt in Volt
I = Strom ausgedrückt in Ampere
R = Widerstand ausgedrückt in Ohm
Die Formel kann so manipuliert werden, dass wenn zwei beliebige Größen bekannt sind, die dritte berechnet werden kann.
Ohmsches Gesetz Dreieck
Um sich die Formel besser einzuprägen, kann man ein Dreieck verwenden, bei dem eine Seite waagerecht ist und die Spitze oben wie eine Pyramide. Dies wird manchmal als Ohmsches Gesetzesdreieck bezeichnet.
In der oberen Ecke des Ohmschen Gesetzesdreiecks steht der Buchstabe V, in der linken Ecke der Buchstabe I und in der rechten unteren Ecke R.
Um das Dreieck zu benutzen, deckt man die unbekannte Größe auf und berechnet sie dann aus den beiden anderen. Wenn sie in einer Linie liegen, werden sie multipliziert, aber wenn eine über der anderen liegt, sollten sie geteilt werden. Anders ausgedrückt: Wenn der Strom berechnet werden soll, wird die Spannung durch den Widerstand geteilt, also V/R und so weiter.
Wenn die Spannung berechnet werden soll, dann wird sie durch Multiplikation des Stroms mit dem Widerstand gefunden, also I x R.
Berechnungsbeispiel Ohmsches Gesetz
Bestimmen Sie die Stromstärke, die fließt, wenn eine Spannung von 10 Volt über einen 500-Ohm-Widerstand gelegt wird.
Betrachtet man das Ohmsche Dreieck, so ist der Strom die Unbekannte und die Spannung und der Widerstand sind die bekannten Werte.
Auf diese Weise wird der Strom durch Division der Spannung durch den Widerstand gefunden.
Beispiel 2
In ähnlicher Weise ist es möglich, das Ohmsche Gesetz zu verwenden, um den Widerstand zu finden, wenn der Strom und die Spannung bekannt sind. Nehmen Sie z. B. eine Spannung von 10 Volt und einen Strom von 0,1 A an. Mit Hilfe des Dreiecks des Ohm’schen Gesetzes kann man sehen, dass:
Beispiel 3
Schließlich ist die andere Kombination, dass, wenn der Widerstand und der Strom bekannt sind, es möglich ist, die zu erwartende Spannung über dem Widerstand zu berechnen. Nehmen wir das Beispiel einer Strecke von 250 Ω, durch die ein Strom von 0,1 A fließt, dann kann die Spannung wie folgt berechnet werden:
Linearer Graph
Wenn man die Spannung und den Strom für einen festen Widerstand oder eine Drahtlänge usw. aufträgt, dann ergibt sich eine lineare Kurve.
Es ist zu erkennen, dass eine Verdopplung der Spannung den Strom verdoppelt, der durch das jeweilige Schaltungselement fließt.
Im Diagramm gibt es zwei Linien, eine für einen höheren Widerstand – an diesen muss mehr Spannung angelegt werden, damit ein bestimmter Strom fließt. Entsprechend muss dieser einen höheren Widerstand haben. Umgekehrt zeigt die Kurve für den niedrigeren Widerstand ein Bauteil, bei dem für einen gegebenen Strom eine geringere Spannung angelegt werden muss.
Nichtlineare Bauteile
Das Ohmsche Gesetz in seiner Grundform, bei dem eine Verdopplung der Spannung zu einer Verdopplung des Stroms führt, gilt für lineare Bauteile wie gewöhnliche Widerstände. Einige Komponenten wie Dioden haben nichtlineare Kurven, bei denen der Widerstand von der angelegten Spannung beeinflusst wird.
Das Ohmsche Gesetz ist eines der grundlegendsten Konzepte in der Elektrotechnik und Elektronik. Das Konzept, dass ein Gegenstand einen bestimmten Widerstand hat, der die Strommenge bestimmt, die bei einer bestimmten Spannung durch ihn fließt, ist der Schlüssel zum Betrieb praktisch aller Schaltungen.
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