Der elektrische Widerstand R
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Der elektrische Widerstand R Auswirkung im Stromkreis Definition Ohmsches Gesetz Elektrischer Widerstand R Ziel diese Themas • Was versteht man unter einer Kennlinie? • Definition des Widerstands • Ohmsches Gesetz • Technische Widerstände Kennlinie • Wir wissen, am gleichen Leiter bewirken gleiche Spannungen gleiche Ströme. • Wie ändert sich der Strom, wenn man die Spannung ändert? • Zur Untersuchung nehmen wir eine 12V – Lampe. • Die Spannung U wird schrittweise von 0 V auf 12 V erhöht, und die dazugehörende Stromstärke I gemessen. Kennlinie • Stromkreis mit Quelle und Lampe V A B • Wie muss ein Spannungsmesser geschaltet werden, um die Spannung der Quelle zu messen? A Unter- • Wie muss der Strommessern geschaltet werden? brechen • Schaltung mit Messgeräten testen. L12V / 3 W • Wie ändert sich die Lampenhelligkeit und die Stromstärke mit zunehmender Spannung? Kennlinie Aufnahme der Kennlinie V 0,00 V 1,50 3,00 9,00 10,50 6,00 7,50 4,50 V V Messtabelle: U [v] 0,00 1,50 I [A] I [A] 0,9 L12V / 3 W A 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50 0,00 0,32 0,46 0,58 0,69 0,78 0,87 0,95 U – I - Kennlinie Spannung Messung erhöhen eintragen 0,6 0,00 A 0,32 0,46 0,87 0,69 0,78 0,58 A 0,95 A 0,3 2 4 6 8 10 12 U [V] Kennlinie Das U- I- Diagramm kennzeichnet einen Leiter, deshalb nennt man das Diagramm auch Kennlinie des Leiters. Kenlinien von Graphit, Eisen und Konstantan Definition des Widerstandes I Draht 1 • Beim Konstantandraht ist die Kennlinie eine Ursprunggerade Draht 2 • Beim Konstantandraht ist die Stromstärke der Spannung proportional. • Proportionalitätskonstante: U/I oder I/U ? U Welcher Draht setzt dem Strom mehr Widerstand entgegen? • Bei welchem Draht fließt bei gleicher Spannung mehr Strom? • Je flacher die Kurve, desto größer der Widerstand. Definition des Widerstandes Der elektrischer Widerstand R eines Leiters ist der Quotient aus der am Leiter anliegenden Spannung U und der Stärke I des durch ihn fließenden Stromes: Widerstand = Spannung Strom U R= I Definition des Widerstandes U R= I Die Einheit des Widerstandes: [R]= =1 [U] [I] V A =1W (Ohm) Georg Simon Ohm (1787 – 1854) Definition des Widerstandes Beispiel: Widerstand einer Lampe U R= I U [v] 0,00 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50 I [A] 0,00 0,32 0,46 0,58 0,69 0,78 0,87 0,95 R [W] 4,69 6,52 7,76 8,70 9,62 10,34 11,05 Mit dem TaschenrechnerWeitere die Widerstände zu Einheiten: den einzelnen Spannungen berechen! -3 1mW = 10 W 1kW = 103 W 1MW = 106 W Ohmsches Gesetz An eine Eisendrahtwendel werden verschiedene Spannungen gelegt. In Luft: A V Die Stromstärke wächst weniger stark als die Spannung. Bei großen Spannungen wird der Draht heiß. Ohmsches Gesetz An eine Eisendrahtwendel werden verschiedene Spannungen gelegt. In Wasser: V A Um die Temperatur konstant zu halten taucht man den Draht in Wasser ein. Strom und Spannung sind jetzt proportional. Ohmsches Gesetz Der Widerstand der meisten metallischen Leitern wächst mit zunehmender Temperatur. Ausnahme: Konstantan Mit zunehmender Temperatur wird durch die stärkere Kristallschwingung der Elektronenfluss immer mehr behindert. Ohmsches Gesetz Das ohmsche Gesetz Der Widerstand eines metallischen Leiters ist bei gleich bleibender Temperatur konstant. U R I Vorteil: Bei konstantem Widerstand kann man zu jeder Spannung den Strom berechnen und umgekehrt. Technische Widerstände Begriff: Widerstand Als physikalische Größe (resistance): U R I Als Strombegrenzer (resistor) mit dem Schaltzeichen: Technische Widerstände Von welchen Größen hängt der Widerstand eines Drahtes ab? • Drahtlänge Vermutung: Wie wird sich der Widerstand ändern? Mit der Länge wächst der Widerstand. • Drahtdicke Mit der Querschnittsfläche sinkt der Widerstand. • Material Technische Widerstände Untersuchung: Widerstand eines Drahtes Schaltung: Versuchsablauf: • Drähte aus gleichem Material und gleichem Querschnitt, aber unterschiedlicher Länge. Draht A V • Drähte aus gleichem Material und gleicher Länge, aber unterschiedlichem Querschnitt. • Drähte gleicher Länge und gleichem Querschnitt, aber unterschiedlichem Material Technische Widerstände Widerstand eines Drahtes: R l R 1 A Einführung einer Materialkonstante r Spezifischer Widerstand l Rr A Technische Widerstände Schiebewiderstand • Beim Schiebewiderstand kann die Größe des Widerstandes über die Drahtlänge reguliert werden. • Bewegt man den Schieber nach rechts, so ändert sich der Teil der vom Strom durchflossen wird. • Das Schaltsymbol: Technische Widerstände Drehwiderstand: Anschluss 1 Wie beim Schiebewiderstand kann man beim Drehwiderstand die Drahtlänge ändern. Die Drahtwendel zwischen Anschluss 1 oder 2 und Gleiter (Mittelabgriff) ist vom Strom durchflossen Mittelabgriff Gleiter Anschluss 2 Technische Widerstände In der Technik werden vorwiegend Schichtwiderstände verwendet. • Auf einen Keramikkörper wird eine dünne Kohle- oder Metallschicht aufgedampft. • Die Enden werden mit Anschlusskappen und das Ganze danach mit einer Schutzlackierung versehen. Zur Kennzeichnung benutzt man Farbringe. Der Farbcode ist in der Tabelle dargestellt.
