www.wikidata.de-de.nina.az
Dieser Artikel betrachtet Widerstand als physikalische Eigenschaft zu dem gleichnamigen elektrischen Bauelement siehe Widerstand Bauelement Physikalische GrosseName Elektrischer WiderstandFormelzeichen R Z X displaystyle R Z X Grossen undEinheitensystem Einheit DimensionSI W M L2 I 2 T 3Gauss esE cgs s cm 1 L 1 TemE cgs abW L T 1Der elektrische Widerstand ist in der Elektrotechnik ein Mass dafur welche elektrische Spannung erforderlich ist um eine bestimmte elektrische Stromstarke durch einen elektrischen Leiter Bauelement Stromkreis fliessen zu lassen Dabei sind Gleichgrossen zu verwenden oder Augenblickswerte bei mit der Zeit veranderlichen Grossen 1 Wenn die Spannung von einem Anschlusspunkt A zu einem Anschlusspunkt B gezahlt wird wird die Stromstarke in dem Leiter positiv gezahlt wenn er von A nach B fliesst der Widerstand kann nicht negativ sein 2 Als Formelzeichen fur den elektrischen Widerstand wird in der Regel R displaystyle R abgeleitet vom Lateinischen resistere fur widerstehen verwendet Der Widerstand hat die SI Einheit Ohm ihr Einheitenzeichen ist das W grosses Omega Schaltzeichen gemass EN 60617 Spannung und Stromstarke haben bei diesen Zahlrichtungen dasselbe VorzeichenAuf historische Zusammenhange wird im Artikel ohmsches Gesetz eingegangen Auf die Widerstandsmessung wird in einem eigenen Artikel eingegangen Inhaltsverzeichnis 1 Ohmscher Widerstand 1 1 Grundlegende Zusammenhange 1 2 Berechnung des Widerstands eines Leiters 1 3 Einflusseffekte 2 Wechselstromwiderstand 2 1 Darstellung 2 1 1 Merkmale bei zeitabhangigen Grossen 2 1 2 Mathematische Darstellung 2 2 Ursachen der komplexen Widerstande 2 3 Umrechnungen 2 4 Sonderfalle 2 5 Zusammenschaltung Ersatzwiderstand 2 6 Ortskurve 3 Reihen und Parallelschaltung 3 1 Reihenschaltung 3 2 Parallelschaltung 4 Differentieller Widerstand 4 1 Negativer differentieller Widerstand 4 2 Positiver differentieller Widerstand 5 Der elektrische Widerstand im Teilchenmodell 6 Hall Effekt 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseOhmscher Widerstand Hauptartikel ohmsches Gesetz Grundlegende Zusammenhange Ein elektrischer Widerstand ist dann ein ohmscher Widerstand wenn sein Wert unabhangig von der Spannung der Starke des Stromes und jeglichen Parametern ist An einem solchen Widerstand gilt das ohmsche Gesetz Wird in einem Liniendiagramm die Spannung U displaystyle U nbsp uber der Stromstarke I displaystyle I nbsp aufgetragen entsteht bei einem ohmschen Widerstand eine Ursprungsgerade die an einem Bauteil mit ohmschem Widerstand abfallende Spannung ist proportional zur Stromstarke im Widerstand mit dem Proportionalitatsfaktor R displaystyle R nbsp dieser ist zugleich der Anstieg der Geraden U R I displaystyle U R cdot I nbsp Naherungsweise und mit Einschrankungen kann ein ohmscher Widerstand durch ein Bauelement im einfachsten Fall einen Metalldraht realisiert werden Dieses wird ublicherweise ebenfalls als Widerstand siehe Widerstand Bauelement bezeichnet Wenn durch den Strom im Widerstand ein Spannungsabfall entsteht wird elektrische Energie in thermische Energie umgesetzt Der Kehrwert des ohmschen Widerstands also der Proportionalitatsfaktor zwischen Stromstarke und Spannung heisst elektrischer Leitwert G displaystyle G nbsp eines Leiters Es gilt also G 1 R displaystyle G frac 1 R nbsp Berechnung des Widerstands eines Leiters Der ohmsche Widerstand eines Korpers lasst sich aus seinen geometrischen Abmessungen und einer Material Konstante dem spezifischen Widerstand r displaystyle rho nbsp berechnen nbsp Fur einen in Langsrichtung durchflossenen geraden Leiter mit konstanter Querschnittsflache A displaystyle A nbsp und der Lange l displaystyle l nbsp gilt R r l A displaystyle R rho cdot frac l A nbsp Der spezifische Widerstand selbst ist im Allgemeinen von der Temperatur und eventuell noch weiteren Grossen abhangig Einflusseffekte Der ohmsche Widerstand ist eine Idealisierung fur viele theoretische und mathematische Behandlungen mit der sich in der Praxis oft gut arbeiten lasst Aber zusatzlich zu den schon erwahnten Einschrankungen hat das Modell seine Grenzen durch aussere Einwirkungen Ein Einfluss der Spannung auf den elektrischen Widerstand ist bei hohen Spannungen und hohen Widerstandswerten zu beachten in der Grossenordnung D R R D U 10 5 1 V displaystyle tfrac Delta R R Delta U 10 5 tfrac 1 mathrm V nbsp 3 in neuen Entwicklungen von Messwiderstanden bis zwei Zehnerpotenzen weniger 4 Vielfach ist er bei nichtlinearen Widerstanden z B Halbleitern zu beobachten siehe unten Ein Spannungseinfluss auf den Widerstand des Gluhfadens einer Gluhlampe ergibt sich indirekt uber den Temperatureinfluss Ein Einfluss der Frequenz ergibt sich bei vielen Widerstanden erst bei hoheren Frequenzen durch den Skineffekt aber selbst bei 50 Hz kommt der Einfluss in dicken Leiterseilen von Hochspannungs Freileitungen zum Tragen Bei Wechselstromwiderstanden kann ein Frequenz Einfluss auch bei niedrigen Frequenzen zu beobachten sein siehe unten Zur Abgrenzung wird der frequenzunabhangige Anteil am Widerstand auch als Gleichstromwiderstand bezeichnet Ein Einfluss der Temperatur ist haufig zu beachten wie nachfolgend beschrieben Die oben aufgestellte Gleichung fur den Gleichstromwiderstand eines geraden Leiters wird dann beispielsweise ersetzt durch Beispiele fur spezifischen Widerstandund Temperaturkoeffizient bei 20 CMaterial r 20 displaystyle rho 20 nbsp in W mm2 m a 20 displaystyle alpha 20 nbsp in 1 CSilber 16e 3 3 8e 3Kupfer 5 17e 3 4 3e 3Nickel 6 70e 3 6 6e 3Nickel Chrom 7 13e 1 bis 1e 6R 20 r 20 l A displaystyle R 20 rho 20 cdot frac l A nbsp wobei der Index die Celsius Temperatur kennzeichnet fur die die Grossen gelten In Tabellenbuchern ist die ubliche Bezugstemperatur t b 20 C displaystyle t b 20 circ mathrm C nbsp Die Werte sind abhangig von Reinheitsgrad sowie thermischer und mechanischer Behandlung deshalb sind die Tabellenwerte nur als Richtwerte zu verstehen Der Einfluss der Temperatur t displaystyle t nbsp auf den Widerstand R t displaystyle R t nbsp lasst sich in einfachen Fallen mit dem Linear Temperaturkoeffizienten a displaystyle alpha nbsp und dem Temperaturunterschied D t t t b displaystyle Delta t t t b nbsp darstellen Dann wird der Zusammenhang durch eine lineare Gleichung beschrieben R t R t b 1 a t b D t displaystyle R t R t b 1 alpha t b cdot Delta t nbsp Fur die meisten Anwendungen mit metallischen Materialien bei nicht zu grossen Temperaturbereichen reicht diese lineare Naherung aus sonst sind Glieder hoherer Ordnung in die Gleichung einzubeziehen Ein Beispiel mit Summanden bis zur vierten Potenz siehe Platin im Artikel Widerstandsthermometer Je nachdem ob der Widerstandswert mit steigender Temperatur grosser oder kleiner wird wird unterschieden zwischen Heissleitern oder NTC engl Negative Temperature Coefficient Widerstandswert sinkt und Kaltleitern oder PTC engl Positive Temperature Coefficient Widerstandswert steigt Generell sind alle Metalle Kaltleiter In der Mess und Regelungstechnik wird die Temperaturabhangigkeit des elektrischen Widerstandes als Messeffekt ausgenutzt zum Beispiel bei Widerstandsthermometern weiteren Temperatursensoren thermischen Anemometern oder Einschaltstrombegrenzern Es gibt auch verschiedene spezielle Legierungen die sich durch einen uber weite Temperaturbereiche annahernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand auszeichnen wie das fur einen Messwiderstand erforderlich ist WechselstromwiderstandDarstellung Merkmale bei zeitabhangigen Grossen Bei Wechselgrossen muss beachtet werden dass sich die Augenblickswerte der Spannung und der Stromstarke periodisch andern Am ohmschen Widerstand besteht die Proportionalitat zwischen Spannung und Stromstarke nicht nur fur Gleichgrossen sondern auch fur Augenblickswerte zum jeweils betrachteten Zeitpunkt Bei allen weiteren elektrischen Bauelementen selbst bei den als lineare Widerstande zusammengefassten sind die Zusammenhange zwischen den Augenblickswerten von Spannung und Stromstarke hingegen zeitabhangig So ist bei einem idealen elektrischen Kondensator die Stromstarke aufgrund seiner Kapazitat proportional zur Anderungsrate der Spannung Die dem Kondensator von einem Erzeuger gelieferte Energie wird zum Aufbau eines elektrischen Feldes verwendet Die Energie wird darin zunachst gespeichert Spater nach dem Wechsel des Vorzeichens der Stromstarke wird das Feld wieder abgebaut und die Energie zuruckgespeist Entsprechend ist bei einer idealen Spule die Spannung aufgrund ihrer Induktivitat proportional zur Anderungsrate der Stromstarke In den Rechnungen mit Wechselgrossen mit der Frequenz f displaystyle f nbsp oder der Kreisfrequenz w 2 p f displaystyle omega 2 pi f nbsp ergibt sich bei diesen Bauelementen Eine sinusformige Stromstarke i i sin w t f i displaystyle i hat imath cdot sin omega t varphi i nbsp hat eine zeitlich verzogerte ebenfalls sinusformige Spannung u u sin w t f u displaystyle u hat u cdot sin omega t varphi u nbsp mit derselben Kreisfrequenz zur Folge oder umgekehrt Das beschreibt einen zeitabhangigen Zusammenhang in dem aber die Amplituden u i displaystyle hat u hat imath nbsp und die Frequenz zeitunabhangig sind Das Beibehalten der Sinusform im zeitlichen Verlauf ist mit ein Grund das Verhalten der genannten Bauelemente als linear zu bezeichnen Allerdings stellt sich durch die Verzogerung ein Phasenverschiebungswinkel ein f u i f u f i displaystyle varphi ui varphi u varphi i nbsp Er ist nur beim ohmschen Widerstand gleich null Ausser bei diesem ist das Verhaltnis u i displaystyle u i nbsp zeitabhangig ohne Proportionalitat und zur Beschreibung in der Wechselstromtechnik ungeeignet 8 Sinnvoll angeben lasst sich jedoch der Quotient u i displaystyle hat u hat imath nbsp der Amplituden oder gleichwertig der Quotient der Effektivwerte der als Scheinwiderstand Z u i U e f f I e f f displaystyle Z frac hat u hat imath frac U mathrm eff I mathrm eff nbsp bezeichnet wird Beim idealen Kondensator und bei der idealen Spule ist der Scheinwiderstand so gross wie der Betrag des Blindwiderstands X displaystyle X nbsp Beide Widerstande werden wie der ohmsche Widerstand als unabhangig von Spannung Stromstarke und Zeit angesehen Aber beide sind abhangig von einem Parameter der Frequenz Bei einer realen Spule ist meistens der ohmsche Drahtwiderstand R displaystyle R nbsp gegenuber dem Blindwiderstand nicht zu vernachlassigen Da er Energie nach aussen abgeben kann wird er als Wirkwiderstand bezeichnet Der Gesamtwiderstand ergibt sich allerdings wegen der unterschiedlichen Phasenverschiebungen im Wirkanteil und im Blindanteil des Spulenwiderstands nicht wie gewohnt durch arithmetische Addition Der Phasenverschiebungswinkel betragt bei der Induktivitat 90 bei der Kapazitat 90 Damit ist eine Pythagoreische Addition erforderlich nbsp Links Zwei mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierende Zeiger Rechts Deren Projektionen auf die senkrechte Ursprungsgerade ergeben die Augenblickswerte sie haben uber dem Phasenwinkel w t displaystyle omega t nbsp oder der Zeit t displaystyle t nbsp aufgetragen einen Sinusverlauf Mit der Projektion auf eine andere Ursprungsgerade andert sich die Aussage nicht nur die Nullphasenwinkel andern sich damit Die blau gezeichnete Schwingung lauft der rot gezeichneten um 60 vor Z 2 R 2 X 2 displaystyle Z 2 R 2 X 2 nbsp wobei stets f u i displaystyle varphi ui nbsp lt 90 ist Mathematische Darstellung Die mathematische Behandlung mit den Gleichungen fur u displaystyle u nbsp und i displaystyle i nbsp ist wegen trigonometrischer Umformungen sehr aufwandig Deshalb ist fur Berechnungen die komplexe Wechselstromrechnung entwickelt worden in der reelle physikalische Grossen formal durch komplexe Grossen ersetzt werden u displaystyle u nbsp und i displaystyle i nbsp werden durch in der komplexen Ebene rotierende Zeiger abgebildet 9 10 Sie drehen sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit w displaystyle omega nbsp um den Koordinatenursprung Ihre Langen reprasentieren die Amplituden die Abstande der Pfeilspitzen von der reellen Achse stehen fur die Augenblickswerte sie andern sich mit der Zeit sinusformig Formelzeichen komplexer Grossen werden durch Unterstreichung gekennzeichnet 11 Fur die rotierenden Zeiger gilt nbsp Impedanz als Zeiger in der komplexen Ebene mit ihren Komponenten Auf der waagerechten Achse wird der Realteil der Impedanz aufgetragen auf der senkrechten Achse der Imaginarteil Der Winkel f displaystyle varphi nbsp in der Zeichnung entspricht dem Winkel f u i displaystyle varphi ui nbsp im Text u u e j w t f u displaystyle underline u hat u cdot mathrm e mathrm j omega t varphi u quad nbsp und i i e j w t f i displaystyle quad underline i hat imath cdot mathrm e mathrm j omega t varphi i nbsp mit der imaginaren Einheit j displaystyle mathrm j nbsp die durch j 2 1 displaystyle mathrm j 2 1 nbsp definiert wird Ferner wird der komplexe Wechselstromwiderstand eingefuhrt der auch Impedanz genannt wird Z u i displaystyle underline Z frac underline u underline i nbsp Anders als beim Bruch u i displaystyle tfrac u i nbsp kurzt sich beim Bruch u i displaystyle tfrac underline u underline i nbsp die im Faktor e j w t displaystyle mathrm e mathrm j omega t nbsp enthaltene Zeitabhangigkeit heraus Somit rotiert der zugehorige Zeiger nicht Der komplexe Widerstand ermoglicht die Zusammenfassung von Wirk und Blindwiderstand zu Z R j X displaystyle underline Z R mathrm j X nbsp und die Zusammenfassung von Scheinwiderstand und Phasenverschiebungswinkel zu Z Z e j f u i displaystyle underline Z Z cdot mathrm e mathrm j varphi ui nbsp Davon wird nachfolgend Gebrauch gemacht Ursachen der komplexen Widerstande Bei einer Spule mit der Induktivitat L displaystyle L nbsp gilt u L d i d t displaystyle u L frac mathrm d i mathrm d t nbsp Aufgrund einer Spannung wachst die Stromstarke mit der Zeit an Bei Wechselstrom folgt dieser verzogert Mit dem Ansatz mit den komplexen Grossen u u e j w t f u displaystyle underline u hat u mathrm e mathrm j omega t varphi u nbsp und i i e j w t f i displaystyle underline i hat imath mathrm e mathrm j omega t varphi i nbsp ergibt sich nach der Differenziation u L i e j w t f i j w j w L i displaystyle underline u L hat imath mathrm e mathrm j omega t varphi i cdot mathrm j omega mathrm j omega L cdot underline i nbsp u i j w L j X displaystyle frac underline u underline i mathrm j omega L mathrm j X nbsp Das X displaystyle X nbsp wird hier als induktiver Blindwiderstand bezeichnet X X L w L 0 displaystyle X X L omega L geq 0 nbsp Zusammen mit dem Faktor j displaystyle mathrm j nbsp bedeutet das Ergebnis dass eine Induktivitat fur sinusformige Wechselgrossen wie ein phasendrehender Blindwiderstand wirkt Mit j e j p 2 displaystyle mathrm j mathrm e j pi 2 nbsp ergibt sich f u i p 2 90 displaystyle varphi ui mathrm pi 2 90 circ nbsp Der Scheinwiderstand einer Induktivitat ist ein zur Frequenz proportionaler aber im Ubrigen linearer Widerstand Entsprechend gilt bei einem Kondensator mit der Kapazitat C displaystyle C nbsp u 1 C i d t displaystyle u frac 1 C int i mathrm d t nbsp Aufgrund eines Stromes wachst die Spannung mit der Zeit an Bei Wechselspannung folgt diese verzogert Mit den komplexen Grossen und nach der Integration ergibt sich u 1 j w C i displaystyle underline u frac 1 mathrm j omega C cdot underline i nbsp u i 1 j w C j 1 w C j X displaystyle frac underline u underline i frac 1 mathrm j omega C mathrm j frac 1 omega C mathrm j X nbsp Das X displaystyle X nbsp wird hier als kapazitiver Blindwiderstand bezeichnet X X C 1 w C 0 displaystyle X X C frac 1 omega C leq 0 nbsp Zusammen mit dem Faktor j displaystyle mathrm j nbsp bedeutet das Ergebnis dass eine Kapazitat fur sinusformige Wechselgrossen wie ein phasendrehender Blindwiderstand wirkt Hier ist f u i p 2 90 displaystyle varphi ui pi 2 90 circ nbsp Der Scheinwiderstand einer Kapazitat ist ein zur Frequenz umgekehrt proportionaler aber im Ubrigen linearer Widerstand Umrechnungen Mit der der Eulerschen Formel ist Z Z e j f u i Z cos f u i j sin f u i displaystyle underline Z Z cdot mathrm e mathrm j varphi ui Z cdot cos varphi ui mathrm j sin varphi ui nbsp Durch Vergleich dieser Schreibweise mit Z R j X displaystyle underline Z R mathrm j X nbsp ergeben sich Re Z Z cos f u i R displaystyle operatorname Re underline Z Z cdot cos varphi ui R nbsp Wirkwiderstand Im Z Z sin f u i X displaystyle operatorname Im underline Z Z cdot sin varphi ui X nbsp Blindwiderstand Fur den Scheinwiderstand gilt Z Z u i u i U eff I eff displaystyle Z underline Z frac underline u underline i frac hat u hat imath frac U text eff I text eff nbsp oder Z R 2 X 2 displaystyle Z sqrt R 2 X 2 nbsp und fur den Phasenverschiebungswinkel zwischen u displaystyle underline u nbsp und i displaystyle underline i nbsp f u i arctan X R displaystyle varphi ui arctan frac X R nbsp Sonderfalle Fur R 0 displaystyle R 0 nbsp gilt f u i arctan X 0 displaystyle varphi ui arctan frac X 0 nbsp Fur X gt 0 displaystyle X gt 0 nbsp ist f u i 90 displaystyle varphi ui 90 circ nbsp und Z j Z j X displaystyle underline Z mathrm j Z mathrm j X nbsp fur X lt 0 displaystyle X lt 0 nbsp ist f u i 90 displaystyle varphi ui 90 circ nbsp und Z j Z j X displaystyle underline Z mathrm j Z mathrm j X nbsp Fur X 0 displaystyle X 0 nbsp gilt f u i arctan 0 R arctan 0 0 displaystyle varphi ui arctan frac 0 R arctan 0 0 circ nbsp Z Z R displaystyle underline Z Z R nbsp Zusammenschaltung Ersatzwiderstand nbsp Ersatzschaltbilder fur Wechselstromwiderstande links Parallelschaltung rechts ReihenschaltungAls Ersatzwiderstand wird der komplexe elektrische Widerstand bezeichnet der denselben Widerstand besitzt wie eine elektrische Schaltung oder der Teil einer elektrischen Schaltung den er ersetzt Ein Ersatzwiderstand kann das Verhalten komplexer elektrischer Anordnungen veranschaulichen und eine Berechnung ermoglichen siehe auch Ersatzschaltbild Tatsachlich auftretende Wechselstromwiderstande lassen sich haufig durch Reihenschaltung oder Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand mit einer Induktivitat oder mit einer Kapazitat beschreiben Welches der Bilder verwendet wird ist eine Frage der besseren Annaherung an die Wirklichkeit mit moglichst frequenzunabhangigen Grossen und der Zweckmassigkeit fur die mathematische Behandlung Bei genauer Betrachtung hat aber auch jeder Kondensator einen kleinen induktiven Anteil so wie eine Spule auch einen kapazitiven Anteil hat Selbst ein Stuck Draht muss exakt mit R displaystyle R nbsp C displaystyle C nbsp und L displaystyle L nbsp beschrieben werden siehe auch Leitungsbelag Dies zeigt sich im Besonderen dann wenn die Bauelemente mit ihren geometrischen Abmessungen in den Bereich der Wellenlange der angelegten Wechselspannung kommen dann besitzen sie eine nicht zu vernachlassigende Induktivitat und Kapazitat Sie werden gegebenenfalls zum Schwingkreis als Beispiel sei hier die Antenne genannt Deren Enden durfen als Kondensatorplatten gesehen werden der Draht dazwischen als Spule Werden ein ohmscher Widerstand und ein Blindwiderstand zusammengeschaltet so konnen in komplexer Schreibweise die weiter unten folgenden Regeln fur Reihen und Parallelschaltung angewendet werden Werden eine kapazitive und eine induktive Impedanz zusammengeschaltet so entsteht bei genugend kleiner ohmscher Belastung ein Schwingkreis die Reihen und Parallelschaltung und die weiteren Konsequenzen werden unter diesem Stichwort behandelt Ortskurve nbsp Ortskurve der Impedanz einer RL Reihenschaltung nbsp Ortskurve der Impedanz einer RC ParallelschaltungEin anschauliches Hilfsmittel zur Analyse und Beschreibung von Schaltungen mit Wechselstromwiderstanden ist die Ortskurve Komplexe Grossen lassen sich durch Zeiger in der komplexen Ebene darstellen Wenn die komplexe Grosse eine Funktion eines reellen Parameters ist und wenn dieser Parameter variiert wird verschiebt sich die Spitze des Zeigers Eine Linie durch alle denkbaren Zeigerspitzen wird als Ortskurve bezeichnet Die Bilder zeigen Ortskurven der Impedanz als Funktion der Frequenz fur die angegebenen Schaltungen Bei einer RL oder RC Reihenschaltung mit einem von der Frequenz unabhangigen ohmschen Widerstand ist auch der Wirkanteil der Impedanz von der Frequenz unabhangig Bei der entsprechenden Parallelschaltung sind der Wirk und der Blindanteil der Impedanz ersichtlich beide von der Frequenz abhangig Reihen und ParallelschaltungReihenschaltung Hauptartikel Reihenschaltung Werden n displaystyle n nbsp ohmsche Widerstande hintereinander geschaltet so addieren sich die Widerstande R rei k 1 n R k R 1 R 2 R n 1 G 1 1 G 2 1 G n displaystyle R text rei sum k 1 n R k R 1 R 2 cdots R n frac 1 G 1 frac 1 G 2 cdots frac 1 G n nbsp Dieses lasst sich an der Reihenschaltung zweier Widerstande veranschaulichen die sich nur in der Lange l displaystyle l nbsp unterscheiden Die Reihenschaltung ergibt einen Widerstandskorper der Lange l 1 l 2 displaystyle l 1 l 2 nbsp Dann gilt nbsp R rei r l 1 l 2 A r l 1 A r l 2 A R 1 R 2 displaystyle R text rei rho cdot frac l 1 l 2 A rho cdot frac l 1 A rho cdot frac l 2 A R 1 R 2 nbsp Bei n displaystyle n nbsp gleichen Widerstanden R n R 1 R 2 displaystyle R n R 1 R 2 cdots nbsp ist der Gesamtwiderstand so gross wie der mit der Anzahl der Widerstande multiplizierte Einzelwiderstand R rei n R n displaystyle R text rei n cdot R n nbsp Der Widerstand einer Reihenschaltung ist stets grosser als der grosste Einzelwiderstand Eine Ausnahme gibt es bei Wechselstromwiderstanden im Reihenschwingkreis Parallelschaltung Hauptartikel Parallelschaltung Werden n displaystyle n nbsp ohmsche Widerstande nebeneinander geschaltet so addieren sich die Leitwerte beziehungsweise die reziproken Widerstande G par G 1 G 2 G n displaystyle G text par G 1 G 2 cdots G n nbsp 1 R par k 1 n 1 R k 1 R 1 1 R 2 1 R n displaystyle frac 1 R text par sum k 1 n frac 1 R k frac 1 R 1 frac 1 R 2 cdots frac 1 R n nbsp Dieses lasst sich an der Parallelschaltung zweier Widerstande veranschaulichen die sich nur in ihrer Querschnittsflache A displaystyle A nbsp unterscheiden Die Parallelschaltung ergibt einen Widerstandskorper der Querschnittsflache A 1 A 2 displaystyle A 1 A 2 nbsp Dann gilt nbsp R par r l A 1 A 2 displaystyle R text par rho cdot frac l A 1 A 2 nbsp und umgestellt 1 R par A 1 A 2 r l A 1 r l A 2 r l 1 R 1 1 R 2 displaystyle frac 1 R text par frac A 1 A 2 rho cdot l frac A 1 rho cdot l frac A 2 rho cdot l frac 1 R 1 frac 1 R 2 nbsp Fur die Parallelschaltung gibt es eine alternative Schreibweise mit dem Parallel Zeichen displaystyle nbsp R par R 1 R 2 R n displaystyle R text par R 1 R 2 cdots R n nbsp Speziell fur zwei parallele Widerstande gilt R par R 1 R 2 R 1 R 2 displaystyle R text par frac R 1 cdot R 2 R 1 R 2 nbsp Bei n displaystyle n nbsp gleichen Widerstanden ist der Gesamtwiderstand so gross wie der durch die Anzahl der Widerstande dividierte Einzelwiderstand R par 1 n R n displaystyle R text par frac 1 n R n nbsp Der Widerstand einer Parallelschaltung ist stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand Eine Ausnahme gibt es bei Wechselstromwiderstanden im Parallelschwingkreis Differentieller Widerstand Hauptartikel Differentieller Widerstand und Kleinsignalverhalten Bei nichtlinearen Strom Spannungs Kennlinien wie zum Beispiel von Dioden ist der Quotient fur jedes Strom Spannungs Paar unterschiedlich In diesem Fall gilt das ohmsche Gesetz nicht und man kann nicht von einem linearen Widerstand R displaystyle R nbsp sprechen Kleine Spannungsanderungen sind jedoch naherungsweise proportional zu damit verbundenen kleinen Stromstarkeanderungen Der Quotient aus kleiner Spannungsanderung und zugehoriger Stromstarkeanderung bei einer bestimmten Spannung wird als differentieller Widerstand r displaystyle r nbsp bezeichnet In einem Diagramm in dem U displaystyle U nbsp uber I displaystyle I nbsp aufgetragen wird entspricht er der Steigung der Tangente am betrachteten Punkt der Kennlinie r d U d I displaystyle r frac mathrm d U mathrm d I nbsp Negativer differentieller Widerstand nbsp Strom Spannungscharakteristik einer TunneldiodeDer differentielle Widerstand kann in einem Teil der Kennlinie negativ sein so dass die Stromstarke bei steigender Spannung sinkt beziehungsweise die Stromstarke bei sinkender Spannung steigt Im Bild ist das im Bereich UP lt U lt UV der Fall Ein negativer differentieller Widerstand kann zum Anregen Entdampfen von Schwingkreisen oder zur Erzeugung von Kippschwingungen verwendet werden Oszillator Der negative differentielle Widerstand tritt zum Beispiel bei Gasentladungen oder bei Bauteilen wie Avalanche und Tunneldioden auf in einfachen elektronischen Schaltungen wie der Lambda Diode aber auch bei komplexeren Modulen wie z B Schaltnetzteilen auf der Eingangsseite Positiver differentieller Widerstand Bei positiven differentiellen Widerstanden nimmt die Stromstarke mit zunehmender Spannung zu Alle real existierenden Schaltungselemente besitzen in einem Teil ihrer Kennlinie jedoch stets fur sehr grosse Werte einen positiven differentiellen Widerstand Die meisten Elemente in der Schaltungstechnik besitzen einen ausschliesslich positiven differentiellen Widerstand Beispiele realer Widerstand Diode Zener Diode alle halbleitenden Keramiken Der elektrische Widerstand im TeilchenmodellDie physikalische Beschreibung benutzt die Vorstellung dass sich die Valenzelektronen im Metall wie ein Gas Elektronengas verhalten Im einfachsten Modell bildet das Metall ein positiv homogen geladenes Volumen in denen sich die Elektronen frei bewegen konnen In dieses Volumen sind die Atomrumpfe eingebettet die aus dem Atomkern und den starker gebundenen Elektronen auf den tieferen vollbesetzten Schalen bestehen Ohne aussere elektrische Spannung bewegen sich die Elektronen ungeordnet im Metall siehe brownsche Bewegung Legt man nun eine Spannung an so werden die freien Elektronen durch das elektrische Feld in Richtung der Feldlinien beschleunigt Es fliesst ein elektrischer Strom Auf ihrem Weg durch das Metall kommt es zu elastischen Stossen der Elektronen mit anderen Elektronen den Atomrumpfen und Phononen Dabei geben die Elektronen Energie an ihre Stosspartner ab werden gestreut und wieder durch das elektrische Feld beschleunigt Die Elektronen werden durch diese Wechselwirkung dauernd abgebremst und es stellt sich eine mittlere Stromungsgeschwindigkeit ein Die bei diesen Stossen an die Atomrumpfe beziehungsweise Phononen ubertragene Energie fuhrt zu einer grosseren Eigenschwingung um ihre Gleichgewichtslage ihre Temperatur erhoht sich Durch die starkeren Schwingungen erhoht sich die Querschnittsflache fur mogliche Stosse deren Anzahl mit steigender Temperatur zunimmt und den Widerstand steigen lasst Kaltleiter Der Leitungsvorgang in Heissleitern kann mit diesem Modell nicht vollstandig erklart werden da es hier mit steigender Temperatur zu einer deutlichen Ladungstragergeneration kommt die den eben beschriebenen Vorgang uberlagern Bei sehr hohen Temperaturen bei denen die Atome des Materials ionisiert werden Plasma ist jeder Stoff elektrisch leitend da die vorher gebundenen Elektronen nun fur den Ladungstransport zur Verfugung stehen Umgekehrt sind Metalle und Oxide bekannt fur die der elektrische Widerstand bei sehr niedrigen Temperaturen unterhalb einer spezifischen Sprungtemperatur verschwindet Supraleiter besitzen bei Gleichstrom keinen ohmschen Widerstand Strom fliesst bei dieser tiefen Temperatur ohne Verluste Durch die thermische Bewegung der Elektronen entsteht ein temperaturabhangiger Rauschstrom der als Widerstandsrauschen bezeichnet wird Hall EffektDer Hall Widerstand gibt das Verhaltnis Spannung zu Stromstarke eines Hallelementes bei einer bestimmten magnetischen Flussdichte an wobei diese Spannung quer zur Stromdichte auftritt Er charakterisiert das Hall Element bzw die magnetische Flussdichte hat jedoch mit dem elektrischen Widerstand dieses Hall Elementes nichts zu tun Der Quanten Hall Effekt aussert sich dadurch dass bei tiefen Temperaturen und starken Magnetfeldern die senkrecht zur Stromdichte auftretende Spannung nicht wie beim klassischen Hall Effekt linear mit der Flussdichte anwachst sondern in Stufen Dieses Phanomen fuhrt auf eine universelle Naturkonstante die Von Klitzing Konstante von der Dimension Widerstand Da die Von Klitzing Konstante relativ einfach gemessen werden kann wurde vorgeschlagen sie als Normal fur Messungen des elektrischen Widerstands zu verwenden WeblinksVersuche und Aufgaben zum elektrischen Widerstand Wayback Machine Archive Memento vom 1 Februar 2017 im Internet Archive LEIFI Bewahrung und Darstellung der Einheit des elektrischen Widerstandes Ohm Exponat Informationsblatt der Physikalisch Technischen Bundesanstalt Hannover Messe 82 21 April 1982Einzelnachweise EN 80000 6 Grossen und Einheiten Teil 6 Elektromagnetismus 2008 Eintrag 6 46 IEC 60050 siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE Internationales Elektrotechnisches Worterbuch Eintrag 131 12 04 Wolfgang Gruhle Elektronisches Messen Analoge und digitale Signalbehandlung Springer 1987 S 95 Datenblatt fur Hochspannungswiderstande Datenblatt fur Cu 99 9 Datenblatt fur Ni 99 98 Datenblatt einer fur Prazisionswiderstande geeigneten Legierung Wilhelm Walcher Praktikum der Physik 6 Auflage Teubner 1989 Seite 243 Wilfried Weissgerber Elektrotechnik fur Ingenieure 2 Vieweg 1991 Seite 5 ff Ekbert Hering Karl Heinz Modler Hrsg Grundwissen des Ingenieurs 14 Auflage Fachbuchverlag Leipzig 2007 Seite 167 ff DIN 5483 3 Zeitabhangige Grossen Teil 3 Komplexe Darstellung sinusformig zeitabhangiger Grossen Sept 1994 Normdaten Sachbegriff GND 4128466 5 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Elektrischer Widerstand amp oldid 232666583 Ohmscher Widerstand