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2.3 Der elektrische Widerstand, Ohmsches Gesetz

Welcher Strom in einem Stromkreis fließt, hängt einerseits von der elektrischen Spannung der Batterie ab, andererseits aber auch vom eingesetzten Verbraucher, genauer gesagt von seinem elektrischen Widerstand. Der Widerstand ist eine Eigenschaft des Verbrauchers, die man als seine Fähigkeit umschreiben kann, die schnelle Bewegung der elektrischen Ladung zu behindern. Mehr Widerstand bedeutet also bei gleicher Spannung, dass weniger Strom fließt. Der Widerstand R ist als abgeleitete Größe aus Spannung U und Stromstärke I definiert.

Die Einheit des elektrischen Widerstands ist Ohm. Ein Ohm ist gleich ein Volt geteilt durch ein Ampere. Der Widerstand einer Glühlampe mit U=6V und I=0,4A kann also leicht berechnet werden:

Der Widerstand von 15 Ohm wird allerdings nur bei der vollen Spannung von 6 V gemessen. Bei kleineren Spannungen findet man weniger Widerstand, weil der Widerstand eines Metalldrahts von seiner Temperatur abhängt. Im kalten Zustand hat die Lampe nur etwa 1,5 Ohm. Das Verhältnis Kalt/Warmwiderstand von 1 : 10 gilt für normale Glühlampen. Es gibt aber auch verschiedene Lampen, die sich ganz anders verhalten. Eine Halogenlampe erreicht einen besseren Wirkungsgrad durch eine höhere Glühfadentemperatur. Der Einschaltwiderstand ist deshalb wesentlich geringer. Ganz anders ist es bei den älteren Kohlefadenlampen, die einen erhöhten Kaltwiderstand haben. Noch anders sieht es bei einer LED-Lampe  aus. Hier hängt der Widerstand in weiten Grenzen vom Arbeitspunkt ab. Bei kleiner Spannung unter 1 V ist der Widerstand praktisch unendlich, bei steigendem Strom wird er geringer. 
In der Elektronik verwendet man oft Bauteile mit zwei Anschlussdrähten, die als Widerstände bezeichnet werden. Diese Widerstände besitzen einen sehr konstanten elektrischen Widerstand, der als Zahl oder in Form von Farbringen aufgedruckt ist. Man findet Werte zwischen ca. 1 Ohm, 1 kOhm (Kiloohm, 1000 Ohm) und 1 MOhm (Megaohm, 1000000 Ohm). Legt man einen Widerstand an eine bekannte Spannung, dann ist der Strom leicht zu berechnen. Ein Widerstand mit 4,7 kOhm soll z.B. an 6 V liegen. Die Stromstärke ist dann:

Ein Widerstand im Stromkreis

Meist werden Widerstände jedoch nicht allein verwendet, sondern zusammen mit anderen Bauelementen. So benötigt man z.B. einen Vorwiderstand zum Betrieb einer Leuchtdiode (LED). Die Größe des Widerstands kann leicht berechnet werden, wenn man die gewünschte Stromstärke und die Spannung am Widerstand kennt. Anwendung: LED-Lampen

Als Bauteile für elektronische Schaltungen werden Widerstände als Drahtwiderstände, Kohleschichtwiderstände oder Metallschichtwiderstände gefertigt, wobei das Widerstandsmaterial auf einen Keramikstab aufgebracht und mit einer Schutzschicht überzogen ist. Die Beschriftung erfolgt meist in Form von Farbringen. Neben dem Widerstandswert ist auch die Genauigkeitsklasse in Prozent angegeben. Wichtig ist die maximale Belastbarkeit. Kleine Widerstände dürfen z.B. bis zu 1/8 Watt oder ¼ Watt aufnehmen. Überlastung führt zur Überhitzung des Widerstands. Bei längerer und erheblicher Überlastung löst er sich in Rauch auf.

Übungsprogramm: Widerstände im Stromkreis (Farben.zip, 3 KB)

Hierzu erforderlich: Vbrun300.dll (vbrun300.zip, 226 KB)

VB.Net-Version mit Quelltext: fkainka.de/vbnet/Widerstand

      Übungsaufgaben

  • Prägen Sie sich das Schema der Farbcodierung ein.
  • Beobachten Sie die Stromstärke bei unterschiedlichen Spannungen.
  • Rechnen Sie einige Ströme nach.
  • Beobachten Sie die Leistungsaufnahme und die Grenzbelastung.
  • Rechnen Sie die Leistung für einige Falle nach.
  • Welche Widerstandswerte dürfen für Spannungen von 1V, 2V ... 12 V nicht unterschritten werden, wenn ein Widerstand maximal 0,25 W verträgt. Erstellen Sie eine Tabelle.

Potentiometer sind Widerstände mit einem verstellbaren Abgriff. Meist verwendet man eine kreisförmige Widerstandsbahn und einen Schleifer aus Metall oder Graphit. Man setzt sie z.B. als Lautstärkeregeler ein. Jedes Poti stellt einen variablen Spannungsteiler dar. Potentiometer ohne Achse, die sich mit einem Schraubendreher verstellen lassen, bezeichnet man auch als Trimmer.

YouTube-Kurzvortrag: Ohmsches Gesetz
YouTube-Kurzvortrag: Widerstände und Farbcode