Ohmsches Gesetz: Grundlagen, Strom, Spannung, Widerstand

Ziele

• Untersuchung der linearen Auswirkungen des Ohmschen Gesetzes auf elektrische Leiter.
• Untersuchung der funktionalen Beziehung zwischen der an einem Widerstandselement anliegenden Spannung und dem elektrischen Strom, der es durchfließt.

Hintergrund

Wichtige Konzepte: Ohmsches Gesetz, Definition des elektrischen Potenzials, elektrischer Strom, elektrische Leitfähigkeit, Widerstand und spezifischer Widerstand.

Einführung

Das Ohmsche Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Spannung und Strom in leitenden Elementen. Diese Beziehung ist eine charakteristische Eigenschaft des leitfähigen Materials. Das lineare und nichtlineare Verhalten zwischen Spannung und Strom wird betrachtet. Bei linearem Verhalten entspricht die Steigung der Geraden dem Widerstand.

Für einen Leiter, bei dem das Verhältnis von Spannung zu Strom konstant ist: V / I = R = konstant. Man sagt, dass der Leiter linear ohmsch ist. Die Grafik der Spannung über dem Strom ist eine gerade Linie durch den Ursprung.

Ein Leiter, bei dem das Verhältnis von Spannung zu Strom nicht konstant ist, wird als nichtlinear ohmscher Leiter bezeichnet. Die Grafik ist eine Kennlinie, d.h. der Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.

Elektrisches Feld

Ein elektrisches Feld ist eine Eigenschaft des Raumes, die durch das Vorhandensein von elektrischen Ladungen verursacht wird.

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom ist der Ladungsfluss pro Zeiteinheit, der durch ein Material fließt. Er wird durch die Bewegung von Elektronen (oder anderen Ladungsträgern) im Inneren des Materials verursacht. Elektrischer Strom wird in Ampere (A) gemessen. Da elektrischer Strom eine Bewegung von Ladungen ist, erzeugt er ein Magnetfeld.

Elektrische Leitfähigkeit

Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom durchzulassen. Sie wird auch als die natürliche Eigenschaft definiert, die angibt, wie leicht sich Elektronen (und Löcher im Falle von Halbleitern) durch das Material bewegen können. Die Leitfähigkeit variiert mit der Temperatur und ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Materialien.

Spezifischer Widerstand

Spezifischer Widerstand (Resistivität) ist ein Maß für den Widerstand, den ein Material dem elektrischen Strom entgegensetzt. Er beschreibt den Grad der Schwierigkeit, mit der sich Elektronen im Material bewegen. Der spezifische Widerstand wird durch den griechischen Kleinbuchstaben rho (ρ) gekennzeichnet und in Ohm-Meter (Ω·m) gemessen (manchmal auch in Ω·mm²/m).