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Der elektrische Widerstand 1. Definition Der elektrische Widerstand ist eine physikalische Größe, die durch das Verhältnis von Spannung U zu Stromstärke I festgelegt wird: Es ist die Spannung U, die an diesen Leiter angelegt wird und die Stärke des Stroms I, der in diesem Leiter fließt: „Widerstand = Spannung : Stromstärke“
Formel:
Durch die Division von Spannung und Stromstärke ergibt sich für den Widerstand die Maßeinheit Volt pro Ampere, die zu Ehren des Entdeckers Georg Simon Ohm (1789 – 1854) benannt wird. Für die Einheit des Widerstands gilt:
[R] =
2. Das Ohmsche Gesetz Das Ohmsche Gesetz besagt, dass bei einem elektrischen Leiter die Spannung U proportional zur Stromstärke I ist:
= konstant (quotientengleich). Die
Konstante ist der Widerstand R des Leiters. Beim Konstantandraht konnte man diese Gesetzmäßigkeit feststellen. Widerstände, die sich wie der Konstantandraht verhalten, nennt man Ohmsche Widerstände. Schaltzeichen:
3. Nicht-Ohmsche Widerstände a. PTC – Widerstände (PTC =: Positiver Temperatur Coeffizient), reagieren bei Erwärmung mit einer Erhöhung des Widerstandswertes, d.h. sie leiten den Strom in kaltem Zustand besser als in warmem Zustand. Hierzu gehören viele Metalle. Man nennt diese Stoffe auch Kaltleiter. b. NTC-Widerstände (NTC=: Negativer Temperatur Coeffizient), reagieren bei Erwärmung mit einer Verringerung des Widerstandswertes, d.h. sie leiten den Strom in warmem Zustand besser als in kaltem Zustand. Hierzu gehören Kohle und die Halbleitermaterialien Silizium und Germanium. Man nennt diese Stoffe auch Heißleiter. c. LDR-Widerstände (LDR=: Light Dependent Resistor; Fotowiderstände), reagieren auf Lichtmit einer Verringerung des Widerstandswertes. Hierzu gehören u.a. Selen und verschiedene Sulfide. http://home.arcor.de/a-zietlow
www.s-hb.de/~zietlow
Übungen zur Anwendung des Ohmschen Gesetzes: 1) Ein „Verbraucher“ liegt an einer Spannung von 0,6 V. Es fließt ein Strom von 60 mA. Berechne den Widerstand auch für 150 V und 5 mA. 2) Berechne die fehlenden Größen Bügeleisen Heizkissen Fahrradlampe Heizschirm
U in V 220 220 6
R in Ω
I in A 2,2
275 13 49
4,5
3) Welche Spannung ist für einen Menschen mit dem Widerstand von 3 kΩ gefährlich, wenn bei mehr als 20 mA schädliche Stromwirkungen auftreten? 4) Durch die Heizpatrone eines Lötkolbens fließt bei einer Spannung von 220 V ein Strom von 0,45 A. a) Berechne den Widerstand der Heizpatrone. b) Wie groß wird der Strom durch die Heizpatrone, wenn die Anschlussspannung nur 200 V beträgt (konstanter Widerstand vorausgesetzt). c) Wie wirkt sich die geringere Spannung aus. – Welche Folgen hat das für die Erwärmung des Lötkolbens?
Serienschaltung von Widerständen 1) Zwei Widerstände R1 = 100 Ω und R2 = 200 Ω sind in Serie geschaltet. Die Quelle liefert eine Spannung von 60 V. a) Berechne die Stromstärke im Leiterkreis. b) Berechne die Teilspannungen. 2) Zu einem Widerstand R1 = 50 Ω wird ein zweiter in Reihe geschaltet (Schaltskizze anfertigen). Bei einer Quellenspannung von 100 V fließt ein Strom von 0,5 A. a) Bestimme den zweiten Widerstand. b) Berechne die Teilspannungen. 3) Hans hat eine Lampe (24V/0,2A) und möchte sie gerne an eine 220 V-Quelle anschließen. Wie kann er diese Aufgabe lösen? a) Welche Spannung darf nur an der Glühlampe anliegen? b) Welche Spannung muss am „Vorwiderstand“ anliegen? c) Welcher Strom fließt durch den Leiterkreis? d) Berechne den Gesamtwiderstand von Lampe und Vorwiderstand. e) Wie groß ist der Vorwiderstand? http://home.arcor.de/a-zietlow
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