Elektrischer Strom und Widerstand Elektrischer Strom und Widerstand

Elektrischer Strom und Widerstand
Abb. 2. 01: Schaltung zum Nachweis des
Potentialabfalls in Stromrichtung entlang eines
stromdurchflossenen Leiters.
Abb. 2. 02. Widerstände als elektronische
Bauelemente. Der jeweilige Widerstandswert
ist in einer Abfolge farbiger Ringe codiert.
Elektrischer Strom und Widerstand
Abb. 2. 03: Schaltskizze zur Prüfung des
temperaturabhängigen Widerstands von
Glühlampen und Wolfram- bzw. Kohlefaden.
Abb. 2. 04: NTC-Widerstand in Reihe mit einer
Glühlampe.
Beim Einschalten hat er im Vergleich zur kalten
Glühlampe einen hohen Widerstand und zieht daher
bei zunächst nur geringem Strom den ganzen
Spannungsabfall und die elektrische Leistung auf sich.
Dadurch erwärmt er sich, sein Widerstand reduziert
sich und der Strom zum Erhitzen der Glühlampe wird
langsam freigegeben.
Spezifischer Widerstand
Abb. 2. 05: Spezifischer Widerstand einiger Stoffe bei
Raumtemperatur (20o C)
Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands
Abb. 2. 06: Temperaturabhängigkeit des
spezifischen Widerstands ρ(T) für einige
Stoffe.
Dargestellt ist das Verhältnis des spez. Widerstands
ρ(T) zum Wert, der bei 300 K gemessen wird. Metalle
zeigen ein Ansteigen des spez. Widerstands mit der
Temperatur (Kaltleiter), Halbleiter oder z.B. Kohle
zeigen einen negativen Temperaturkoeffizienten
(Heissleiter). Für spezielle Legierungen, wie z.B.
Konstantan ist der spez. Widerstand über weite
Bereiche konstant.
Abb. 2. 07: Zwei Arten typischen Verhaltens
des spezifischen Widerstands ρ(T) von
Metallen als Funktion der Temperatur T.
Für Supraleiter geht bei der kritischen Temperatur TC
der Widerstand sprunghaft auf Null. Für nichtsupraleitende Metalle nähert er sich einem konstanten
Wert, der u.A. durch Verunreinigungen des Materials
bedingt ist.
Leistung und Joule´sche Wärme
Abb. 2. 08: Zur Demonstration der Wärmeleistung
P = I2R an einer Leiterkette mit abwechselnden
Stücken aus Kupfer und Eisen.
Die Eisenstücke glühen hell (R ist groß), während die
Kupferstücke kalt bleiben.
Abb. 2. 09: Ein einfaches mechanisches
Analogon zum Stromfluss durch einen
metallischen Leiter.
Wenn Murmeln eine schiefe Ebene hinunterrollen, wird
potentiell Energie in kinetische Energie umgewandelt,
die sich ihrerseits durch Stöße der Murmeln mit den
Nägeln auf dem Brett in Wärmeenergie umwandelt.
Die Kirchhoff´schen Gesetze
Abb. 2. 10: Zur Illustration des 1. Kirchhoff´schen
Gesetzes
Abb. 2. 11: Zur Illustration des 2.
Kirchhoff´schen Gesetzes.
Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen
Abb. 2. 12: Reihenschaltung von Widerständen
Abb. 2. 13: Parallelschaltung von Widerständen
Elektrolytische Stromleitung
Abb. 2. 14: Elektrolytische Leitung