Elektrische Elemente/ Widerstand

Der Widerstand

Als 'Widerstand' bezeichnet man im deutschen sowohl das einfachste elektrische Bauelement (der Widerstand), als auch dessen Eigenschaft (der Widerstandswert), nämlich dem elektrischen Strom einen Widerstand entgegen zu setzen. Wir meinen hier generell das Bauelement 'Widerstand'. Die Funktion eines Widerstandes ist die angelegte Energie in Wärme zu verwandeln. Wird die angelegte Energie (Spannung, Strom, Zeit) zu groß, wird das Bauelement zerstört. Widerstände sind eine der am häufigsten eingesetzten Bauelement in der Elektrotechnik. Sie hemmen die Spannung und mit gehemmter Spannung sinkt auch die Stromstärke.

Aufbau

Widerstände gibt es in mechanischen Ausmaßen von sehr klein (SMD) bis Garagengröße (Lastwiderstand bei Fernsehsendern). Das Widerstandsmaterial kann Graphit (Kohleschichtwiderstand), bestimmte Metallmischungen (Metallfilm) oder Widerstandsdraht sein.

Widerstandswert

Der Widerstandswert eines Widerstandes wird in Ohm (Ω) gemessen. 1 Ω ist dabei ein Volt durch ein Ampere.

Vorwiderstand

Als Vorwiderstand eingesetzt, begrenzt er die Stromstärke im Stromkreis und die Spannung an benachbarten Bauteilen (genauer: An Bauteilen derselben Masche).

Beispiel 1: Hat man eine Spannungsquelle mit 9 Volt zur Verfügung und möchte eine Lampe mit 3 Volt und 0,5 Ampere zum leuchten bringen, dann hat man 6 Volt zu viel. Diese 6 Volt sollen am Widerstand abfallen. Rechnung: $R={6V}/{0,5A}=12{\Omega }$ . Der Widerstand wird dabei warm und muss seine Wärme abgeben können. Die Leistung des Widerstandes berechnet sich durch: $P=U*I=6V*0,5A=3W$ . Sie benötigen also einen Widerstand mit mindestens 3 Watt.

Reihenschaltung

Bei einer Reihenschaltung werden Widerstände hintereinander geschaltet, so dass durch alle Bauteile derselbe Strom fließt. An den in Reihe geschalteten Widerständen fällt eine Spannung ab. An "großen" Widerständen fällt eine hohe Spannung ab, an "kleinen" eine geringere. Reihenschaltungen benutzt man, um die verfügbare Spannung aufzuteilen. Moderne Weihnachtbaumbeleuchtung, die ohne Vorschaltgerät an die Steckdose angeschlossen wird, wird durche eine Reihenschaltung von vielen Lampen mit einer jeweils geringen Spannung realisiert, beispielsweise 20 hintereinander geschaltete Lämpchen mit einer Spannung von je 12 V.

Der Gesamtwiderstand einer Reihenschaltung ist die Summe der Einzelwiderstände.
Am ersten Widerstand fällt die Spannung $U_{1}=U_{gesamt}*R_{1}/R_{gesamt}$ ab. Beim zweiten bis letzten Widerstand rechnet man genau so.
Da sich die Spannung aufteilt, verhält es sich mit der Leistung ebenso.

Parallelschaltung

Bei einer Parallelschaltung werden die Widerstände nebeneinander geschaltet. An allen Widerständen liegt die gleiche Spannung an. Je größer der einzelne Widerstand in einer Parallelschaltung ist, desto geringer ist die Stromstärke durch diesen Widerstand. Der Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Das Haushaltsnetz in einer Wohnung ist durch Parallelschaltung realisiert. An jeder Steckdose liegen 230V an, die Stromstärke von Geräten kann man addieren.

Der Gesamtwiderstand ist der Kehrwert der Summe aller beteiligten Widerstandskehrwerte. Als Formel: $1/R_{gesamt}=1/R_{1}+1/R_{2}+...$
Die Leistungen der einzelnen Widerstände geben in der Summe die Gesamtleistung
Die Stromstärke durch einen einzelnen Widerstand berechnet sich durch $I=U/R$

Spannungsteiler

Widerstand im Wechselstromkreis

Ein idealer Widerstand zeigt im Wechselstromkreis keine Besonderheiten.