Der elektrische Widerstand - s

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.
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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?
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