Widerstand, Strom und Spannung (Ohm)
Ohne den Zusammenhang zwischen Widerstand, Strom und Spannung zu kennen, wird ein Elektroniker nicht zurechtkommen. Er sollte ein paar Formeln kennen und anwenden können. Ebenso wichtig ist, das er gefühlsmäßig beurteilen kann, wie diese drei Größen zusammenhängen. Diese intuitive Herangehensweise muss auf Erfahrungen beruhen. Dazu gehört die Anwendung der Formeln.
Das Schaltbild
Wir haben einen Widerstand R an dem eine Spannung U abfällt und durch den ein Strom I fließt.
Regeln
- Wenn der Widerstand höher wird, wird bei gleicher Spannung der Strom geringer.
- Umgekehrt, wird der Strom größer, wenn der Widerstand kleiner wird.
- Wenn der Widerstand höher wird, wird bei gleichem Strom die Spannung am Widerstand höher.
- Umgekehrt, wird die Spannung geringer, wenn der Widerstand kleiner wird.
- Wird der Strom durch den Widerstand erhöht, steigt die Spannung am Widerstand.
- Umgekehrt, fällt die Spannung, wenn der Strom kleiner wird.
- Wird die Spannung am Widerstand erhöht, steigt auch der Strom durch den Widerstand.
- Umgekehrt, fällt der Strom, wenn die Spannung kleiner wird.
- Soll bei einer Spannung ein größerer Strom fließen, wird ein kleinerer Widerstand benötigt.
- Umgekehrt, soll kleinerer Strom fließen, wird ein größerer Widerstand benötigt.
Faustregel
Wir können Ursache und Wirkung umkehren. Wir können auch steigt und fällt tauschen.
Diese Vertauschungsregeln gelten nur bei wenigen Sachverhalten.
Formeln
Ohmsches Gesetz
Die obigen Regeln geben nur einen qualitativen (größer, kleiner usw.) Zusammenhang wieder. Wir können darüber hinaus Widerstand, Strom und Spannung berechnen. Wenn zwei der drei Größen haben, können wir die dritte berechnen.
Strom berechnen
I = U / R
Spannung berechnen
U = R * I
Widerstand berechnen
R = U / I
Diesen Zusammenhang hat Georg Simon Ohm vor knapp zweihundert Jahren entdeckt. Ihm zu Ehren nennen wir es Ohmsches Gesetz.
Leistung am Widerstand
Die Leistung P am Widerstand ist
Leistung berechnen
P = U * I P = U * U / R P = I * I * R
Maßeinheiten
Die obigen Formeln gelten für
| Strom | in Amprere, A |
| Spannung | in Volt, V |
| Widerstand | in Ohm, Ω |
| Leistung | in Watt, W |
Wir kennen auch Abkürzungen für die Einheiten:
Widerstand
1kΩ = 1000Ω 1MΩ = 1000000Ω = 1000kΩ
Spannung
1kV = 1000V 1mV = 0,001V 1V = 1000mV
Strom
1kA = 1000A 1mA = 0,001A = 1000µA 1µA = 0,000001A = 0,001mA 1A = 1000mA = 1000000µA
Leistung
1kW = 1000W 1mW = 0,001W = 1000µW 1µW = 0,000001W = 0,001mW 1W = 1000mW = 1000000µW
Die Formeln sind einfach, wenn jeweils folgende vier Maßeinheiten zusammen eingesetzt werden.
| I | R | U | P |
| A | Ω | V | W |
| mA | kΩ | V | W |
| µA | MΩ | V | W |
| mA | Ω | V | mW |
| µA | Ω | V | µW |
| A | Ω | mV | mW |
Beispiele
- Berechnung des Messwiderstands für eine elektronische Sicherung
Gültigkeit der Formeln
Der alte Ohm hat bereits darauf hingewiesen, dass seine Formeln nicht für alle Widerstände gelten.
Wir machen es umgekehrt und nennen Widerstände, die den obigen Formeln genügen, ohmsche Widerstände.
Es gibt Widerstände, die den Ohmschen Formeln in keiner Weise entsprechen, spannungsabhängige Widerstände, VDR, oder Varistoren genannt. Die Formeln gelten für Varistoren nicht, jedoch die Regeln.
Andere Widerstände sind von anderen Größen abhängig, z.B. Licht und Temperatur. Temperatur, jeder Widerstand ist in meistens geringem Maße von der Temperatur abhängig.
Epilog
Für gesetzesgläubige
Die obigen Regeln gelten auch für Varistoren.
Andererseits gibt es Bauelemente (zweipolig wie Widerstände), die diesen Regeln nicht genügen.
- An negativen Widerständen fällt der Strom, wenn die Spannung steigt.
- Ein PTC zeigt z.B. in bestimmten Bereichen ein solches Verhalten.