Elektrischer Widerstand: Was ist das?

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Feld: Grundlagen der Elektrotechnik

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Was ist elektrischer Widerstand?

Widerstand (auch bekannt als ohmscher Widerstand oder elektrischer Widerstand) ist ein Maß für den Widerstand gegen den Strom in einem elektrischen Schaltkreis. Der Widerstand wird in Ohm gemessen, das durch den griechischen Buchstaben Omega (Ω) symbolisiert wird.

Je größer der Widerstand, desto größer ist die Barriere gegen den Stromfluss.

Wenn eine Spannungsdifferenz auf einen Leiter angewendet wird, beginnt der Strom zu fließen, oder die freien Elektronen beginnen sich zu bewegen. Während sie sich bewegen, stoßen die freien Elektronen mit den Atomen und Molekülen des Leiters zusammen.

Durch Kollisionen oder Hindernisse wird die Flussrate der Elektronen oder des elektrischen Stroms eingeschränkt. Daher können wir sagen, dass es einen gewissen Widerstand gegen den Fluss von Elektronen oder Strom gibt. Dieser Widerstand, den ein Material dem Fluss des elektrischen Stroms entgegensetzt, wird als Widerstand bezeichnet.

Der Widerstand eines leitenden Materials ist proportional zu—

der Länge des Materials
umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Materials
abhängig von der Natur des Materials
abhängig von der Temperatur

Mathematisch kann der Widerstand eines leitenden Materials ausgedrückt werden als,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Wobei R = Widerstand des Leiters

$l$ = Länge des Leiters

a = Querschnittsfläche des Leiters

$\rho$ = Proportionalitätskonstante des Materials, bekannt als spezifischer Widerstand oder spezifische Widerstandsfähigkeit des Materials

Definition von 1 Ohm Widerstand

Wenn eine Spannung von 1 Volt an den beiden Enden eines Leiters angelegt wird und wenn ein Strom von 1 Ampere durch ihn fließt, so wird der Widerstand dieses Leiters als ein Ohm bezeichnet.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \end{align*}$

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

In welchen Einheiten wird der elektrische Widerstand gemessen?

Der elektrische Widerstand wird in (der SI-Einheit für einen Widerstand) Ohm gemessen, und Ω steht dafür. Die Einheit Ohm (Ω) ist nach dem großen deutschen Physiker und Mathematiker Georg Simon Ohm benannt.

Im SI-System entspricht ein Ohm 1 Volt pro Ampere. Daher,

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Daher wird der Widerstand auch in Volt pro Ampere gemessen.

Widerstände werden in einem breiten Wertebereich hergestellt und spezifiziert. Die Einheit Ohm wird normalerweise für moderate Widerstandswerte verwendet, aber sehr große und kleine Widerstandswerte können in Milliohm, Kiloohm, Megaohm usw. ausgedrückt werden.

Daher werden die abgeleiteten Einheiten von Widerständen entsprechend ihren Werten angegeben, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Ableitungseinheit der Widerstände

Elektrisches Widerstandssymbol

Es gibt zwei Haupt-Schaltzeichen für elektrischen Widerstand.

Das gängigste Symbol für einen Widerstand ist eine Zickzacklinie, die in Nordamerika weit verbreitet ist. Das andere Schaltzeichen für einen Widerstand ist ein kleines Rechteck, das in Europa und Asien weit verbreitet ist und als internationales Widerstandssymbol bezeichnet wird.

Das Schaltzeichen für Widerstände ist im folgenden Bild gezeigt.

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Formel für elektrischen Widerstand

Die grundlegende Formel für den Widerstand lautet:

Die Beziehung zwischen Widerstand, Spannung und Strom (Ohm’sches Gesetz)
Die Beziehung zwischen Widerstand, Leistung und Spannung
Die Beziehung zwischen Widerstand, Leistung und Strom

Diese Beziehungen sind im folgenden Bild zusammengefasst.

Widerstandsformel 1 (Ohm’sches Gesetz)

Gemäß dem Ohm’schen Gesetz

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Daher ist der Widerstand das Verhältnis von Versorgungsspannung und Stromstärke.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\,\Omega \end{align*}$

Widerstandsformel 2 (Leistung und Spannung)

Die übertragene Leistung ist das Produkt aus Versorgungsspannung und elektrischem Strom.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Setzen wir nun $I = \frac{V}{R}$ in die obige Gleichung ein, erhalten wir,

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \end{align*}$

Daraus ergibt sich, dass der Widerstand das Verhältnis des Quadrats der Netzspannung zur Leistung ist. Mathematisch ausgedrückt,

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\,\Omega \end{align*}$

Widerstandsformel 3 (Leistung und Stromstärke)

Wir wissen, dass $P = V * I$

Setzen wir $V = I *R$ in die obige Gleichung ein, erhalten wir

$\begin{align*} P = I^2 * R \end{align*}$

Daher ist der Widerstand das Verhältnis von Leistung und Stromquadrat. Mathematisch ausgedrückt:

$\begin{align*} R = \frac{P}{I^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Unterschied zwischen Wechselstrom- und Gleichstromwiderstand

Es gibt einen Unterschied zwischen Wechselstrom- und Gleichstromwiderstand. Lassen Sie uns dies kurz besprechen.

Wechselstromwiderstand

Der gesamte Widerstand (einschließlich Widerstand, induktiver Reaktanz und kapazitiver Reaktanz) in Wechselstromkreisen wird als Impedanz bezeichnet. Daher wird der Wechselstromwiderstand auch als Impedanz bezeichnet.

Widerstand = Impedanz d.h.,

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

Die folgende Formel gibt den Wert des Wechselstromwiderstands oder der Impedanz in Wechselstromkreisen an

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Gleichstromwiderstand

Die Größe des Gleichstroms ist konstant, d.h., es gibt keine Frequenz in Gleichstromkreisen, daher sind die kapazitive und induktive Blindwiderstände in Gleichstromkreisen null.

Daher spielt nur der Widerstandswert des Leiters oder Drahtes eine Rolle, wenn er mit Gleichspannung versorgt wird.

Somit können wir gemäß dem Ohmschen Gesetz den Wert des Gleichstromwiderstands berechnen.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

Welcher ist größer: Wechselstromwiderstand oder Gleichstromwiderstand?

Es gibt keinen Hülleffekt in Gleichstromkreisen, da die Frequenz bei Gleichstromversorgung null ist. Daher ist der Wechselstromwiderstand aufgrund des Hülleffekts größer als der Gleichstromwiderstand.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

In der Regel beträgt der Wert des Wechselstromwiderstands 1,6 mal den Wert des Gleichstromwiderstands.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

Elektrischer Widerstand, Erwärmung und Temperatur

Elektrischer Widerstand und Erwärmung

Wenn elektrischer Strom (d.h. der Fluss freier Elektronen) durch einen Leiter fließt, gibt es eine gewisse „Reibung“ zwischen den bewegten Elektronen und den Molekülen des Leiters. Diese Reibung wird als elektrischer Widerstand bezeichnet.

Daher wird die elektrische Energie, die dem Leiter zugeführt wird, aufgrund der Reibung oder des elektrischen Widerstands in Wärme umgewandelt. Dies wird als Heizeffekt des elektrischen Stroms bezeichnet, der durch den elektrischen Widerstand erzeugt wird.

Zum Beispiel, wenn I Ampere für t Sekunden durch einen Leiter mit R Ohm Widerstand fließen, beträgt die zugeführte elektrische Energie I2Rt Joules. Diese Energie wird in Form von Wärme umgewandelt.

Daher,

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

Dieser Heizeffekt wird zur Herstellung vieler elektrischer Heizgeräte genutzt, wie zum Beispiel einem elektrischen Heizer, elektrischem Toaster, elektrischem Wasserkocher, elektrischem Bügeleisen, Lötkolben usw. Das grundlegende Prinzip dieser Geräte ist das gleiche, d.h., wenn elektrischer Strom durch einen hohen Widerstand (ein sogenanntes Heizelement) fließt, entsteht die erforderliche Wärme.

Ein am häufigsten verwendetes Legierung aus Nickel und Chrom, bekannt als Nichrom, hat einen Widerstand, der mehr als 50-mal höher ist als der von Kupfer.

Einfluss der Temperatur auf den elektrischen Widerstand

Der Widerstand aller Materialien wird durch eine Temperaturänderung beeinflusst. Der Einfluss der Temperaturänderung variiert je nach Material.

Metalle

Der elektrische Widerstand von reinen Metallen (z.B. Kupfer, Aluminium, Silber usw.) steigt mit zunehmender Temperatur. Diese Zunahme des Widerstands ist für den normalen Temperaturbereich groß. Daher haben Metalle einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands.

Legierungen

Der elektrische Widerstand von Legierungen (z.B. Nichrom, Manganin usw.) steigt ebenfalls mit der Temperatur. Diese Zunahme des Widerstands ist unregelmäßig und relativ gering. Daher haben Legierungen einen niedrigen Wert des positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands.

Halbleiter, Isolatoren und Elektrolyte

Der elektrische Widerstand von Halbleitern, Isolatoren und Elektrolyten sinkt mit steigender Temperatur. Bei steigender Temperatur werden viele freie Elektronen erzeugt. Daher gibt es eine Verringerung des elektrischen Widerstands. Daher haben solche Materialien einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands.

Häufig gestellte Fragen zum Widerstand

Elektrischer Widerstand des menschlichen Körpers

Der Widerstand der Haut des menschlichen Körpers ist hoch, aber der innere Körperwiderstand ist gering. Wenn der menschliche Körper trocken ist, ist sein durchschnittlicher effektiver Widerstand hoch, und wenn er nass ist, reduziert sich der Widerstand erheblich.

Unter trockenen Bedingungen bietet der menschliche Körper einen effektiven Widerstand von 100.000 Ohm, und unter nassen Bedingungen oder bei beschädigter Haut wird der Widerstand auf 1.000 Ohm reduziert.

Wenn hohe Spannungen in die Haut des Menschen eindringen, bricht die Haut schnell zusammen und der vom Körper gebotene Widerstand verringert sich auf 500 Ohm.

Elektrischer Widerstand der Luft

Wir wissen, dass der elektrische Widerstand eines Materials von dessen spezifischem Widerstand abhängt. Der spezifische Widerstand der Luft beträgt etwa $10^6$ bis $10^1^5$ $\Omega-m$ bei 200 C.

Der elektrische Widerstand der Luft ist ein Maß für die Fähigkeit der Luft, einen elektrischen Strom zu widerstehen. Der Luftwiderstand ist das Ergebnis von Kollisionen zwischen der vorderen Oberfläche des Objekts und Luftmolekülen. Die beiden Hauptfaktoren, die die Menge des Luftwiderstands beeinflussen, sind die Geschwindigkeit des Objekts und die Querschnittsfläche des Objekts.

Die Durchschlagsfestigkeit oder die dielektrische Festigkeit der Luft beträgt 21,1 kV/cm (Effektivwert) oder 30 kV/cm (Spitze), was bedeutet, dass die Luft bis zu 21,1 kV/cm (Effektivwert) oder 30 kV/cm (Spitze) elektrischen Widerstand bietet. Wenn der elektrostatische Spannung in der Luft über 21,1 kV/cm (Effektivwert) hinausgeht, tritt ein Durchschlag in der Luft auf; somit kann man sagen, dass der Luftwiderstand null wird.

Elektrischer Widerstand des Wassers

Der spezifische Widerstand oder die Resistivität des Wassers ist ein Maß für die Fähigkeit des Wassers, einen elektrischen Strom zu widerstehen, was von der Konzentration gelöster Salze im Wasser abhängt.

Reines Wasser hat einen höheren Wert des spezifischen Widerstands oder der Resistivität, da es keine Ionen enthält. Wenn Salze in reines Wasser gelöst werden, werden freie Ionen erzeugt. Diese Ionen können einen elektrischen Strom leiten; daher nimmt der Widerstand ab.

Wasser mit einer hohen Konzentration an gelösten Salzen hat einen niedrigen spezifischen Widerstand oder eine niedrige Resistivität und umgekehrt. Die folgende Tabelle zeigt die Werte der Resistivität für verschiedene Arten von Wasser.

Wassertypen	Spezifischer Widerstand in Ohm-m $(\Omega-m)$
Reines Wasser	20.000.000
Meerwasser	20-25
Destilliertes Wasser	500.000
Regenwasser	20.000
Flusswasser	200
Trinkwasser	2 bis 200
Entionisiertes Wasser	180.000

Elektrischer Widerstand von Kupfer

Kupfer ist ein guter Leiter; daher hat es einen geringen Widerstandswert. Der natürliche Widerstand, den Kupfer bietet, wird als spezifischer Widerstand oder Widerstandsleistungszahl von Kupfer bezeichnet.

Der Wert des spezifischen Widerstands oder der Widerstandsleistungszahl von Kupfer beträgt $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Wie nennt man das Phänomen, wenn der elektrische Widerstand Null ist?

Wenn der elektrische Widerstand Null ist, wird dieses Phänomen Supraleitung genannt.

Gemäß dem Ohmschen Gesetz,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \end{align*}$

Wenn der elektrische Widerstand, also R = 0, dann,

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

Daher fließt ein unendlicher Strom durch den Leiter, wenn der Widerstand des Leiters Null ist; dieses Phänomen wird als Supraleitung bezeichnet.

Wir können auch sagen, dass, wenn der elektrische Widerstand Null ist, es eine unendliche Leitfähigkeit hat.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

Wie beeinflusst die spezifische Widerstandskraft den Widerstand?

Wie wir wissen, kann der Widerstand eines leitenden Materials als

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

wobei R = Widerstand des Leiters

$l$ = Länge des Leiters

a = Querschnittsfläche des Leiters

$\rho$ = Proportionalitätskonstante des Materials, bekannt als spezifischer Widerstand oder Widerstandsfähigkeit des Materials

Nun, wenn $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ dann

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

Daher ist der spezifische Widerstand oder die Widerstandsfähigkeit eines Materials der Widerstand, den die Einheitslänge und der Einheitsquerschnitt des Materials bieten.

Wir wissen, dass jedes leitfähige Material einen unterschiedlichen Wert für den spezifischen Widerstand oder die Widerstandsfähigkeit hat; daher hängt der Widerstands-Wert von der Länge und dem Querschnitt des verwendeten leitfähigen Materials ab.

Quelle: Electrical4u

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