In der Physik ist der Widerstand ein Maß für die Tendenz eines Materials, dem Fluss eines elektrischen Stroms zu widerstehen. Sie ist abhängig von der Beschaffenheit des Materials, seiner Dicke und Länge sowie von der Temperatur. Der Widerstand ist gering bei Substanzen wie Metallen, die gute Leiter sind, und hoch bei Materialien wie Kunststoff und Gummi, die Isolatoren sind. Wenn ein elektrischer Strom auf Widerstand stößt, wird ein Teil seiner Energie in Wärme und manchmal in Licht umgewandelt, wodurch der Strom reduziert wird. Dieses Phänomen kann ein Problem sein, hat aber auch viele Anwendungen.
Faktoren, die den Widerstand beeinflussen
Der Widerstand kann als Kehrwert der Leitfähigkeit betrachtet werden, und der wichtigste Faktor für die Leitfähigkeit ist die Zusammensetzung des Materials. Ein elektrischer Strom besteht aus einem Fluss von Elektronen, und wenn diese auf Atome stoßen, entsteht ein Widerstand. Metalle haben viele lose gehaltene Elektronen, die einen leichten Stromfluss ermöglichen, während dies bei Nichtmetallen nicht der Fall ist. Auch Flüssigkeiten, die Ionen enthalten – zum Beispiel eine Salzlösung oder eine Salzschmelze – sind gute Leiter, da diese beweglichen, elektrisch geladenen Atome und Moleküle Strom fließen lassen.
Bei einem Draht oder Kabel spielen auch Dicke und Länge eine Rolle. Der Widerstand nimmt mit der Länge zu, da mehr Atome anstoßen, nimmt jedoch mit der Dicke ab, da in einem dickeren Draht mehr Elektronen zur Verfügung stehen, um den Strom zu tragen. Er nimmt auch mit steigender Temperatur zu. Je niedriger die Leitfähigkeit eines Materials ist, desto höher ist die Spannung oder die elektromotorische Kraft, die erforderlich ist, um einen Strom durch es fließen zu lassen.
Ohm’sches Gesetz
Die Beziehung zwischen Widerstand, Strom und Spannung ist als Ohmsches Gesetz bekannt, benannt nach dem deutschen Physiker Georg Ohm (1789-1854), dem die Entdeckung des Einflusses der Zusammensetzung, Länge und Dicke eines Materials auf die Stromstärke zugeschrieben wird bei einer bestimmten Spannung durchfließen. Auch die Einheit Ohm ist nach ihm benannt. Das Gesetz besagt in seiner üblichen Form, dass der elektrische Strom gleich der Spannung geteilt durch den Widerstand ist. Physikalische Gleichungen verwenden normalerweise Buchstaben und Symbole, um Beziehungen auszudrücken; Das Ohmsche Gesetz wird normalerweise geschrieben als
I = V/R
wobei I = Strom in Ampere, V = elektromotorische Kraft in Volt und R = Widerstand in
Ohm
. Dies bedeutet, dass, wenn die Werte für zwei dieser Faktoren bekannt sind, der Wert des anderen gefunden werden kann. Die Gleichung kann geschrieben werden als
R = V / I.
und der
V = IR
abhängig davon, welche Werte bekannt sind und welche berechnet werden sollen. Wenn beispielsweise die elektromotorische Kraft sechs Volt beträgt und der fließende Strom zwei Ampere beträgt, beträgt der Widerstand 3 Ohm: R = V/I.
Verwendung
Die Tatsache, dass elektrischer Widerstand Wärme erzeugt, wird genutzt, um elektrische Heizungen für Wohnungen und zum Kochen bereitzustellen. Elektroherde, Backöfen, Grills und Toaster sind von diesem Phänomen abhängig. Ebenso verwendet die Glühbirne einen sehr dünnen Draht, um Licht zu erzeugen, wenn ein Strom durch sie fließt.
Geräte, die als Widerstände bezeichnet werden, werden verwendet, um die Ampere in bestimmten Schaltkreisen zu reduzieren, um empfindliche Komponenten vor Beschädigungen zu schützen, und Sicherungen werden verwendet, um elektrische Geräte vor Stromstößen zu schützen. Diese bestehen aus einem Draht, dessen Zusammensetzung, Dicke und Länge so eingestellt sind, dass ein Widerstand erzeugt wird, der sie durch die Hitze, die erzeugt wird, wenn der Strom einen bestimmten Wert überschreitet, zum Schmelzen bringt. Dies unterbricht den Stromkreis und verhindert, dass der Strom Schaden anrichtet. Sie werden häufig in Steckern verwendet und sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, z. B. 3-A, 5-A und 13-A.
Lügendetektoren beruhen darauf, dass die Leitfähigkeit der menschlichen Haut durch Schweiß, der ionische Verbindungen wie Salz enthält, stark erhöht wird. Das Subjekt wird an ein Gerät angeschlossen, das einen kleinen Strom durch die Haut leitet und seinen Wert misst. Die Idee ist, dass das Liegen das Schwitzen erhöht, was die Leitfähigkeit der Haut erhöht und dazu führt, dass ein größerer Strom fließt.
Power Transmission
Damit der Strom von Kraftwerken in die Haushalte übertragen werden kann, muss er weite Strecken über Stromleitungen zurücklegen. Dies wäre bei den Spannungen, bei denen der Strom zunächst erzeugt wird, unpraktisch, da durch den Widerstand der Kabel zu viel Energie verloren gehen würde. Aus diesem Grund werden Transformatoren verwendet, um die Spannung für die Übertragung stark zu erhöhen und Energieverluste zu minimieren. Durch Transformatoren in der Nähe der zu versorgenden Wohnungen wird die Spannung wieder abgesenkt.