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physikphysik_oberstufe7.4 Elektr

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					                             Kap 7 - Elektrik


7.4 Elektrischer Widerstand
7.4.1 Schaltung von Messgeräten


Um Aussagen über den Stromfluss in Leitern machen zu können, ist es
notwendig, die Spannung und die Stromstärke zu messen. Dies geschieht mit
Hilfe von Spannungs- bzw. Stromstärkemessgeräten.




Merke !

    Spannungsmesser werden immer parallel und Stromstärkemesser
     immer in Reihe geschaltet.



7.4.2 Modellvorstellung des elektr. Widerstands


Den Grund für den Widerstand in einem Leiter stellen die Atomrümpfe dar. Die
sich bewegenden freien Elektronen stoßen im Leiter auf Atomrümpfe. Dadurch
wird ihre Geschwindigkeit gehemmt. Die Atomrümpfe, die nun ihrerseits wieder
in Schwingungen geraten, stoßen andere Elektronen an. Diese stoßen
wiederum auf Atomrümpfe. So wird die elektrische Energie im Endeffekt im
Leiter zwar transportiert, sie wird aber auch je nach Material, Temperatur und
Durchmesser des Leiters auf Widerstand stoßen. Durch die Elektronen- und
Atomrupfbewegungen erwärmt sich der Leiter. Je höher die Temperatur des
Leiters, desto höher der Widerstand im Leiter. Bei einigen Legierungen wird
jedoch der Widerstand nicht von der Temperatur des Leiters beeinträchtigt
(siehe Konstantan). Man kann sich diese Eigenschaft zu Nutze machen, wenn
man Widerstände herstellt (siehe Kaltleiter und Heißleiter  PTC und NTC
Widerstände).


                             Der elektrische Widerstand bestimmt die
                             Stromstärke. Je größer der Widerstand, desto
                             weniger Elektronen fließen in einem Leiter, d.h.
                             desto geringer ist die Stromstärke.
                             Kap 7 - Elektrik


Will man die Stromstärke bei gleichem Widerstand erhöhen, so muss man die
Spannung erhöhen.

Unsere Überlegungen erlauben folgenden Schluss: U und I sind direkt
proportional zueinander:


          U~I           U = R · I         R = U : I



R steht für Widerstand und wird in Ώ (Ohm) gemessen.

Merke!

Wenn diese Proportionalität gegeben ist, dann spricht man vom
Ohmschen Gesetz. Diese Proportionalität ist jedoch nur in den seltensten
Fällen gegeben. Ansonsten wird das Verhältnis von Spannung zu
Stromstärke schlicht als „elektrischer Widerstand“ bezeichnet.


Warum die Glühbirne durchbrennt.

Der Glühdraht von Glühbirnen besteht aus Wolframdraht. Dieser erreicht beim
Leuchten der Lampe eine Temperatur von bis zu 2500 °C. Nach und nach
verdampft ein Teil des Wolframs. Da beim Einschalten der Lampe kurzzeitig ca.
10 mal so viel Strom fließt, wie beim späteren „normalen“ Betrieb, verdampft
das Wolfram meistens an der Stelle, wo der Draht am dünnsten ist. Weil es
aber in der Herstellung von Glühdrähten nicht möglich ist, Drähte mit
durchgehend gleichem Durchmesser zu produzieren, hat jeder Glühdraht eine
dünnste Stelle, die irgendwann, meist beim Einschalten der Lampe, durch und
durch verdampft ist, sodass die Lampe durchbrennt.
                                 Kap 7 - Elektrik


7.4.3 Wovon hängt der elektrische Widerstand noch ab?
Der Widerstand eines Drahtes ist von der Länge, dem Material, der
Querschnittsfläche und von der Temperatur des Drahtes abhängig. Im Bezug
auf die Länge eines Drahtes und wie sie den Widerstand des Drahtes
beeinflusst, gilt:

                                  R~l



Die Querschnittsflächen und Widerstände von Drähten sind hingegen
zueinander indirekt proportional:
                                R~1/A




Weiterhin gilt:
                               R · A / l = konst. = ρ

                               bzw. R = ρ · l / A



Die Konstante ρ (Rho) hängt vom Material des Leiters ab.

Spezifischer Widerstand ρ einiger Stoffe bei 20 °C

                     Stoff                              ρ in Ώ · mm2 : m
                    Platin                                     0,11
                     Gold                                      0,02
                    Silber                                    0,016
                    Eisen                                       0,1
                     Stahl                                   ca. 0,13
                  Konstantan                                    0,5
                   Wolfram                                    0,055
                    Nickel                                    0,087
                  Aluminium                                   0,027
                    Kohle                                    50 - 100
                           Kap 7 - Elektrik




Fragen dazu
    Beschreibungen der im Unterricht gemachten Versuche

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