Was ist elektrischer Widerstand

Wie der Name schon sagt, ist ein elektrischer Widerstand eine elektronische Komponente, die dem Fluss von elektrischem Strom in einem Stromkreis widersteht. Elektrische Widerstände werden in zwei verschiedene Materialarten unterteilt, Leiter und Isolatoren. Der Leiter ermöglicht den Fluss von elektrischem Strom, ein Isolator jedoch nicht. Die Leitermaterialien sollten also die elektrischen Widerstandskomponenten in ihrer Struktur benötigen. Jedes elektrische Gerät hat einen internen Stromkreis, dessen Funktion in erster Linie von der richtigen Eingangsspannung, den Erdungsanschlüssen und der abgeführten Wärme abhängt, sollte minimal sein. Von all diesen wichtigen Punkten ist der Widerstand des elektrischen Schaltkreises zu berücksichtigen. In jedem Schaltungsdesign spielt der elektrische Widerstand eine Schlüsselrolle , indem er der elektrischen Schaltung hilft, die richtige Spannung und den richtigen Strom aufrechtzuerhalten.

Was ist elektrischer Widerstand?

Ein Widerstand ist ein elektrisches Bauteil mit zwei Anschlüssen. Die Haupteigenschaft eines Widerstands besteht darin, dem elektrischen Fluss zu widerstehen oder den elektrischen Stromfluss zu reduzieren. Sie helfen, Strom und Spannung in einem Stromkreis einzustellen, genau wie ein Wasserhahn hilft, den Leitungswasserfluss einzustellen. Neben der Anpassung des Stromflusses im Stromkreis ermöglichen Widerstände auch eine Spannungsverteilung. Der überschüssige elektrische Strom wird in Wärme umgewandelt, wenn der Strom in einem Stromkreis mit einem Widerstand reduziert wird. Es gibt drei Arten von Widerständen, feste Widerstände, variable Widerstände und Potentiometer.

Ohmsches Gesetz

Ein deutscher Wissenschaftler, Georg Simon Ohm, schlug ein Theorem vor, das die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem elektrischen Schaltkreis zeigt. Mit diesem Satz können wir herausfinden, wie viel Widerstandswert für einen Stromkreis mit bekanntem Spannungs- und Stromwert benötigt wird. Wir können auch die Werte von Spannung, Widerstand und Strom durch den Satz des Ohmschen Gesetzes finden. Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der elektrische Strom durch ein leitendes Material/Gerät zwischen Bereichen direkt proportional zur Spannung über denselben Bereich ist. Das heißt, der erzeugte Strom durch ein leitendes Gerät ist direkt proportional zu seiner Eingangsspannung. Die Widerstandsformel lautet V = I x R.

PCB-Weg

Aus dem obigen Ohmschen Gesetz können wir auch den Strom- und Widerstandswert finden.

I = V/R

R = V/I

Elektrischer Widerstand

Im Inneren eines elektrischen Widerstands – wenn Sie eine Seite des widerstandsfarbenen Streifens zerbrechen und öffnen, können Sie einen isolierten Kupferstab beobachten, der mit Kupferdraht umwickelt ist. Die Anzahl der Kupferdrahtwindungen kann durch den Widerstandswert bestimmt werden. Wenn der Widerstand viele Kupferwindungen in dünner Form hat, dann haben solche Widerstände einen höheren Widerstand. Wenn der Widerstand wenige Kupferwindungen hat, dann haben solche strukturierten Widerstände einen geringeren Widerstandswert. Diese Widerstände mit niedrigerem Widerstandswert eignen sich für Minischaltungen oder kleinere Anwendungen oder Geräte.

Wie funktioniert ein Widerstand?

Ein Widerstand fügt einen Widerstand in einen Stromkreis ein, der dabei helfen kann, den elektrischen Strom- und Spannungsfluss zu steuern. Indem sie den Stromfluss steuern, können sie helfen, Spannung und Strom im Stromkreis anzupassen. Einige Arten von Widerständen, wie Metalle, lassen Elektronen frei fließen, weshalb sie gute Leiter abgeben. Dagegen sind andere wie Gummi oder Glas widerstandsfähiger. Das macht sie zu guten Isolatoren. In einem typischen Stromkreis fließt Strom vom positiven Anschluss einer Stromquelle durch den Widerstand und zurück zum negativen Anschluss. Wie Sie sehen können, wirkt es wie eine Straßensperre im Stromkreis und zwingt den elektrischen Strom, sich zu verlangsamen. Wenn der Widerstand zu groß ist, wird er außerdem dem elektrischen Strom keinen angemessenen Widerstand bieten, was zu einer Überhitzung führen kann. Umgekehrt, wenn der Widerstand zu klein ist, wird er zu viel Strom erzeugen und der Strom kann überhaupt nicht fließen.

Die Größe des elektrischen Widerstands beeinflusst den elektrischen Widerstandswert

Die Größe des elektrischen Widerstands kann den Widerstandswert bestimmen. George Ohm zeigt auch einen Zusammenhang zwischen der Länge und dem Material des Widerstands (aus welchem ​​​​Material der Widerstand hergestellt wurde). Die Gleichung lautet R = ρ x L / A (R = Widerstand, Ρ = spezifischer Widerstand des Materials, L = Länge, A = Fläche).

Soweit wir wissen, werden diese Materialien in zwei Arten eingeteilt. Sie sind Leiter und Isolatoren. Bei leitfähigen Materialien spielt die Länge unter Beibehaltung des elektrischen Widerstandswertes eine wesentliche Rolle. Wenn in leitfähigem Material der Draht zu lang ist, enthält er eine große Anzahl freier Elektronen. Wenn diese Elektronen also eine ausreichende Eingangsspannung erhalten, erhalten sie genügend kinetische Energie. Und diese Elektronen kollidieren mit anderen positiven Ionen.

Daher bieten längere Leiter einen höheren Widerstand als kürzere Leiter/Drähte. Wenn die Länge des Drahtes zunimmt, steigt auch sein Widerstand, wie oben erwähnt. Aber wenn die Fläche des Materials zunimmt, nimmt der elektrische Widerstand ab. Hier sind Widerstand und Fläche des Materials umgekehrt proportional zueinander. Zusätzlich kann auch die Art des Materials den Widerstandswert verletzen. Beispielsweise kann die Temperatur den Widerstandswert ändern.

Widerstandsänderung mit Temperaturanstieg

Was würde mit dem elektrischen Widerstand von reinem Metall passieren, wenn Sie seine Temperatur erhöhen? Eine Erhöhung der Temperatur erhöht den elektrischen Widerstand von reinen Metallen. Diese Widerstandsänderung geschieht aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Elektronen im Leitungsband und einer Zunahme der Atomschwingung innerhalb des Drahtes, was zu einer Verringerung der Mobilität führt.

Was würde mit dem elektrischen Widerstand von reinem Metall passieren, wenn Sie seine Temperatur erhöhen? Eine Erhöhung der Temperatur erhöht den elektrischen Widerstand von reinen Metallen. Diese Widerstandsänderung geschieht aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Elektronen im Leitungsband und einer Zunahme der Atomschwingung innerhalb des Drahtes, was zu einer Verringerung der Mobilität führt.

Was würde also mit dem elektrischen Widerstand eines Isolators passieren, wenn Sie seine Temperatur erhöhen? Das umgekehrte Szenario tritt ein, wenn Sie die Temperaturen eines Isolators erhöhen. Sein Widerstand nimmt ab. Der Grund dafür ist, dass diese Änderung die erhöhte Elektronenbewegung vom Leitungsband zum Valenzband ist, da die Energielücke zwischen diesen beiden Bändern groß ist. Daher nimmt der Widerstand ab, wenn die Leitfähigkeit zunimmt.

Was würde mit einem Stromkreis passieren, wenn es keinen Widerstand gäbe?

Normalerweise fließt der elektrische Strom auf die richtige Weise, solange er einen Pfad mit endlichem Widerstand (sogar Null), einer Spannungsdifferenz und einer Zufuhr elektrischer Ladung (z. G , Elektronen). Wenn es im Stromkreis keinen Widerstand gäbe, würden die Elektronen den Stromkreis umrunden und mit so viel Energie wie die Potentialdifferenz (die Spannung) zum Anfang des Stromkreises zurückkehren. Die Endenergie wird als Wärme oder andere Energiearten durch den Kreislauf abgeführt. Das heißt, wenn es keinen Widerstand im Stromkreis (oder Induktivität) gäbe, hat er keine Chance, die Energie zu verlieren, und er kehrt mit viel Energie zur Spannungsquelle zurück, was normalerweise die Spannungsquelle vermasselt oder Feuer fangen. Dies ist im Wesentlichen ein Kurzschluss.

Widerstand und Reaktanz

Mathematisch gesehen verhindern Widerstände das Fließen von elektrischem Strom, sie haben die Eigenschaft eines Widerstands. Elektrische Widerstände finden sich sowohl in Wechselstrom- als auch in Gleichstromkreisen, und die Energie, die am Fließen gehindert wird, wird als Wärme abgegeben. Mathematisch gesehen ist der elektrische Widerstand einfach die Spannung dividiert durch den Strom (R = V/I).

Die elektrische Reaktanz ist eine Eigenschaft, die einer Änderung des elektrischen Stroms widersteht und sowohl in Induktoren als auch in Kondensatoren zu finden ist. Da die elektrische Reaktanz nur den wechselnden Strom beeinflusst, ist sie spezifisch für Wechselstrom und hängt von der Frequenz des elektrischen Stroms ab. Wenn die elektrische Reaktanz vorhanden ist, erzeugt sie eine 90-Grad-Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom, wobei die Richtung der Verschiebung davon abhängt, ob die Komponente eine Induktivität oder ein Kondensator ist. Die in einem Induktor auftretende elektrische Reaktanz wird als induktive Reaktanz bezeichnet. Wenn die induktive Reaktanz vorhanden ist, wird die Energie in Form eines sich ändernden Magnetfelds gespeichert, und die elektrische Stromwellenform eilt der Spannungswellenform um 90 Grad nach. Induktive Reaktanz wird durch Geräte wie Spulen (einschließlich Netzdrosseln), Drosseln und Transformatoren verursacht, bei denen Drähte kreisförmig gewickelt sind. Außerdem wird die elektrische Reaktanz, die in einem Kondensator auftritt, als kapazitive Reaktanz bezeichnet. Die kapazitive Reaktanz speichert die Energie in Form eines sich ändernden elektrischen Feldes und bewirkt, dass der Strom der Spannung um 90 Grad vorauseilt. Kapazität entsteht, wenn zwei leitende Platten mit geringem Abstand parallel zueinander angeordnet und mit einem dielektrischen Material (Isolator) gefüllt werden.

Wie unterscheidet sich der Widerstand von der Reaktanz?

Es gibt mehrere Ähnlichkeiten zwischen Reaktanz und Widerstand. Beispielsweise wirken beide dem elektrischen Stromfluss entgegen und haben die gleiche Einheit, nämlich Ohm (Ω).

Die elektrische Reaktanz entsteht jedoch nur, wenn sich der Strom in Kondensatoren und Induktoren ändert, da sie von der Frequenz des Wechselstroms abhängt, der durch den Kondensator oder die Induktivität fließt. Der Widerstand ist zwar ein Hindernis für den Stromfluss, das heißt, er wirkt dem Elektronenfluss entgegen und macht ihn langsam.

Wie berechnet man den Gesamtwiderstand in Stromkreisen?

Elektrische Komponenten werden auf zwei Arten angeschlossen:

Reihenschaltung: Elektrische Komponenten werden hintereinander geschaltet.

Parallelschaltung: Elektrische Komponenten sind entlang paralleler Zweige verbunden.

Berechnung des Gesamtwiderstands in einer Reihenschaltung

In einer Reihenschaltung kann der Gesamtwiderstand berechnet werden, indem die Widerstände aller Komponenten addiert werden. Serienschaltungen haben beispielsweise diese Widerstände, einen 6-Ω-, einen 5-Ω- und einen 8-Ω-Widerstand. Der Gesamtwiderstand in einer Reihenschaltung ist gegeben durch R1 + R2 + R3

R = 6 + 5 + 8

R = 19 Ω

Falls Ihnen die einzelnen Widerstandswerte nicht mitgeteilt werden, können Sie den Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz mit folgender Formel berechnen: V = IR. Denken Sie daran, dass der elektrische Strom in einer Reihenschaltung an allen Punkten gleich ist. Die Gesamtspannung ist gleich der Versorgungsspannung. Anhand des elektrischen Stroms und der Spannung kannst du den Gesamtwiderstand im Stromkreis finden und dann die Einzelwiderstände berechnen.

Berechnung des Gesamtwiderstands in einer Parallelschaltung

Eine Schaltung, die sich in mehrere Pfade verzweigt und parallel geschaltet ist, wird als Parallelschaltung bezeichnet. Wenn der elektrische Strom durch jeden Zweig der Parallelschaltung fließt, kann der Gesamtwiderstand mit dieser Formel berechnet werden: Gesamtwiderstand = 1R1+1R2+1R3.

Wenn beispielsweise eine Parallelschaltung vier Zweige mit Widerständen von 10 Ω, 2 Ω, 5 Ω und 1 Ω hat, kann der Gesamtwiderstand mit dieser Formel berechnet werden: R = 110+12+15+11

R = 1+5+2+1010

R= 1810

R= 1. 8 Ω

Wenn Sie den individuellen Widerstand nicht kennen, können Sie das Ohmsche Gesetz verwenden, um den Widerstand zu finden. Denken Sie jedoch daran, dass die Spannung an einem Zweig in einer Parallelschaltung gleich der Gesamtspannung an der Schaltung ist. Der elektrische Strom kann in jedem Zweig unterschiedlich sein, daher müssen Sie den Gesamtstrom kennen. Unter Verwendung des Gesamtstroms und der Gesamtspannung im Stromkreis können Sie den Gesamtwiderstand im Stromkreis berechnen und dann die einzelnen Widerstände finden.

Widerstandsbeispiele im Alltag

Der elektrische Widerstand und das Ohmsche Gesetz sind im Alltag zu beobachten. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für elektrischen Widerstand.

Herkömmliche Haushaltsventilatoren

Die Drehzahl des Elektrolüfters wird vom Regler gesteuert. Es ist möglich, den durch den Lüfter fließenden elektrischen Strom zu überprüfen, indem ein Regler verwendet wird, um den Widerstand zu ändern. Die kreisförmige Drehknopfdrehung hilft, einen variablen Widerstand über die Ausgangsklemmen zu erreichen.

Elektroheizungen

Die elektrischen Heizungen haben Metallspulen mit hohem Widerstand. Es lässt nur begrenzt Strom durch und erwärmt sich dabei. Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes können Sie leicht die Leistung berechnen, die der Heizung zugeführt werden muss.

Bügeleisen und Wasserkocher

Elektrische Wasserkocher und Bügeleisen haben mehrere Widerstände, die die Menge des durch sie fließenden elektrischen Stroms begrenzen, um die benötigte Wärme bereitzustellen. Die Größe des Widerstands kann mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes bestimmt werden.

Sicherung

Elektrische Sicherungen sind Schutzkomponenten, die eine wichtige Rolle bei der Begrenzung des elektrischen Stroms spielen, der durch Haushaltsstromkreise fließt. Die elektrischen Drähte in der Sicherung haben einen hohen Widerstand und einen niedrigen Schmelzpunkt. Der hohe Widerstand verhindert, dass ein elektrischer Strom höher als der vorgeschriebene Wert hindurchfließt, während der niedrige Schmelzpunkt es ihm ermöglicht, den Stromkreis zu unterbrechen, wenn ein hoher Strom durch ihn fließt.

Schlussfolgerung

Elektrischer Widerstand mag wie ein negatives Wort erscheinen, aber er spielt eine große Rolle in elektrischen Schaltkreisen. Dies ist analog zur Reibung. Ein höherer Widerstand erzeugt ein größeres Hindernis im Flussweg des elektrischen Stroms, während ein niedrigerer Widerstand einen leichteren Fluss ermöglicht. Dieses Konzept ist die Grundlage vieler Elektrogeräte und ermöglicht verschiedene Technologien.