Physik

Spezifischer Widerstand

Artikel über spezifischen Widerstand

Im Zusammenhang mit dem elektrischen Strom wurde die Stromdichte erörtert und das elektrische Feld erläutert. In einem Leiter existieren ein elektrisches Feld und ein elektrischer Strom, wenn eine Potenzialdifferenz anliegt; fehlt diese, existieren weder ein elektrisches Feld noch ein elektrischer Strom.

In nahezu allen metallischen Leitern ist die elektrische Feldstärke direkt proportional zur Stromdichte, wobei das Verhältnis von elektrischer Feldstärke zu Stromdichte konstant ist. Dieser Wert des Verhältnisses von elektrischer Feldstärke zu Stromdichte wird als spezifischer Widerstand bezeichnet. Mathematisch wird der Zusammenhang zwischen elektrischer Feldstärke, Stromdichte und spezifischem Widerstand durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Widerstandsfarbcode

Artikel über den Farbcode von Widerständen

Der Widerstand ist ein Bauteil in einem Stromkreis und dient der Steuerung der Stromstärke. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von Widerständen: Drahtspulenwiderstände und Kohlewiderstände. Drahtspulenwiderstände werden üblicherweise im Labor verwendet und bestehen aus einem dünnen Draht, der um ein Isolierrohr gewickelt wird. Kohlewiderstände hingegen werden typischerweise in elektronischen Schaltungen eingesetzt. Sie sind zylindrisch und haben an beiden Enden Drähte. Der Widerstandswert eines Kohlewiderstands wird durch einen Farbcode auf der Oberfläche des Widerstands angegeben.

Der Widerstandswert eines Widerstands lässt sich anhand seines Farbcodes ermitteln. Um dies zu verstehen, sehen Sie sich zunächst die folgende Tabelle an und bearbeiten Sie anschließend das Beispielproblem, um den Widerstandswert zu bestimmen.

Widerstände in Reihe

Widerstände in Reihe 1

Artikel über Reihenschaltung von Widerständen

Sind die Widerstände wie in der Abbildung gezeigt verbunden, sind sie in Reihe geschaltet. Der betreffende Widerstand kann in Form von Widerstandsbauteilen, Glühlampen oder anderen elektrischen Widerständen auftreten.

Die elektrische Ladung bewegt sich durch den Widerstand 1 (R₁) = die elektrische Ladung bewegt sich durch Widerstand 2 (R₂) = die elektrische Ladung bewegt sich durch den Widerstand 3 (R₃). Elektrischer Strom (I) ist eine elektrische Ladung, die während eines bestimmten Zeitintervalls fließt (I = Q / t), daher ist der elektrische Strom durch den Widerstand 1 (I)₁) = elektrischer Strom durch Widerstand 2 (I₂) = elektrischer Strom durch Widerstand 3 (I₃Mathematisch gesehen ist der gesamte elektrische Strom (I) = I₁= Ich₂ = Ich₃.

Elektrischer Widerstand

Gleichung des elektrischen Widerstands

Im Zusammenhang mit dem Ohmschen Gesetz wurde eine Formel hergeleitet , die den Zusammenhang zwischen Spannung (V), Stromstärke (I) und elektrischem Widerstand (R) beschreibt. Mathematisch ausgedrückt durch Gleichungen:

Diese Gleichung zeigt, dass der elektrische Widerstand (R) direkt proportional zur elektrischen Spannung (V) und umgekehrt proportional zum elektrischen Strom (I) ist. Ist die Netzspannung höher als die Spannung, steigt auch der elektrische Widerstand; umgekehrt gilt: Je stärker der Strom, desto größer der elektrische Widerstand. Diese Gleichung beschreibt das Ohmsche Gesetz nur, wenn der elektrische Widerstand (R) konstant ist. Ist der elektrische Widerstand nicht konstant, beschreibt diese Gleichung nicht das Ohmsche Gesetz, sondern den Widerstand eines Leiters.

Widerstände parallel

Widerstände parallel 1

Artikel über parallelgeschaltete Widerstände

Wenn die Widerstände wie in der Abbildung verbunden sind, sind die Widerstände parallel geschaltet.

Der elektrische Strom (elektrischer Strom = elektrische Ladung, die in einem Zeitintervall fließt), der in den Knotenpunkt eintritt, ist gleich dem elektrischen Strom, der aus dem Knotenpunkt austritt. Da es mehrere Knotenpunkte gibt, entspricht der Gesamtstrom der Summe der Ströme in jedem Knotenpunkt. Mathematisch ausgedrückt: I = I₁ ₊I₂ ₊I₃ _.Die elektrische Potenzialdifferenz bzw. Spannung ist in jedem Knotenpunkt gleich.

Da I = V/R gilt, vereinfacht sich die obige Gleichung zu I = V/R₁ ₊V/R₂ ₊V/R₃ _.Die elektrische Spannung ist gleich, daher vereinfacht sich die Gleichung zu I = V(1/R₁ ₊1/R₂ ₊1/R₃ ₎. Ist der Ersatzwiderstand 1/R, so gilt I = V(1/R). Somit ist 1/R = 1/R₁ ₊ 1/R₂ ₊ 1/ _R₃.

Quelle der elektromotorischen Kraft (EMK) Innenwiderstand Klemmenspannung

Artikel über die Quelle der elektromotorischen Kraft (EMK), den Innenwiderstand und die Klemmenspannung

In einem geschlossenen Stromkreis fließt elektrischer Strom von hohem zu niedrigem Potenzial. Wenn Strom durch ein Bauteil mit elektrischem Widerstand fließt, verringert sich dessen elektrische potenzielle Energie, da an diesem Widerstand elektrische Energie verbraucht wird. Damit der Strom weiterhin von hohem zu niedrigem Potenzial fließen kann,

Es wird ein Gerät benötigt, um elektrische potenzielle Energie zuzuführen. Dieses Gerät ist eine elektromotorische Kraft (EMK) oder genauer gesagt eine elektrische Spannungsquelle. Eine EMK- oder Spannungsquelle ist ein Bauteil, das eine Energieform in elektrische Energie umwandelt, wie beispielsweise Batterien, Solarzellen oder Stromgeneratoren.

EMKs in Reihen- und Parallelschaltung

EMK in Reihen- und Parallelschaltung 1

EMKs in Reihen- und Parallelschaltung

Sind zwei oder mehr Quellen elektromotorischer Kraft (EMK) wie in der Abbildung dargestellt miteinander verbunden, so ist die EMK in Reihe geschaltet.

Die äquivalente Spannungsquelle (ε) ist:

ε = ε ₁ + ε ₂ + ε _n

Der äquivalente Innenwiderstand (r) beträgt:

r = r ₁ + r ₂ + r _n

Der durch den äußeren Widerstand (R) fließende elektrische Strom beträgt:

Kirchhoffs erste Regel

Kirchhoffs erste Regel 1 Kirchhoffs erste Regel, auch Knotenpunktregel genannt, besagt, dass die Stromstärke, die in einen Knotenpunkt fließt, gleich der Stromstärke ist, die aus diesem Knotenpunkt austritt. Ein Knotenpunkt in einem Stromkreis ist der Punkt, an dem zwei oder mehr Leiter zusammentreffen, wie beispielsweise Punkt a in der Abbildung.

I ist der elektrische Strom, der in den Knotenpunkt eintritt, während _I₁ und I₂ _die elektrischen Ströme sind, die aus dem Knotenpunkt austreten; I = _I₁ + I₂ _. Ein weiteres Beispiel finden Sie in der Abbildung unten.

Kirchhoffs zweite Regel

Kirchhoffs zweite Regel besagt, dass die Änderung des elektrischen Potenzials entlang des Umfangs eines geschlossenen Stromkreises null ist. Sie basiert auf dem Energieerhaltungssatz, der besagt, dass Energie unendlich groß ist.

Kirchhoffs zweite Regel 1 Um dies besser zu verstehen, stellen Sie sich die elektrische Ladung in einem geschlossenen Stromkreis vor, wie in der Abbildung dargestellt. Wenn eine elektrische Ladung einen Stromkreis durchläuft, … elektrischer Wiederstand (R), die elektrische potenzielle Energie Die potenzielle Energie verringert sich, da sie an diesen Widerständen verbraucht wird. Wenn die elektrische Ladung einen weiteren elektrischen Widerstand durchläuft, verringert sich die potenzielle Energie erneut, da sie wieder am Widerstand verbraucht wird. Fließt die elektrische Ladung hingegen von einem niedrigen zu einem hohen Potenzial durch die Spannungsquelle, erhöht sich ihre potenzielle Energie. Kehrt sie zu ihrem Ausgangspunkt zurück, ist ihre potenzielle Energie wieder gleich dem vorherigen Wert; die Änderung der potenziellen Energie beträgt also null. KirchhoffGemäß der zweiten Regel für einen Stromkreis verwenden wir die Änderung der elektrischen Spannung, nicht die Änderung der elektrischen potenziellen Energie.

Elektrische Leistung

Definition der elektrischen Leistung

Die in der Arbeit und Energie gewonnene Leistung wird als die in einem bestimmten Zeitintervall verrichtete Arbeit bestimmt. Arbeit ist ein Prozess der Energieumwandlung, daher kann Leistung als eine Energieänderung verstanden werden, die in einem bestimmten Zeitintervall auftritt.

Elektrische Leistung ist die Änderung elektrischer Energie innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. In einer Übersicht über das elektrische Potenzial wird erklärt, dass Änderungen der elektrischen potenziellen Energie auftreten, wenn eine elektrische Ladung eine elektrische Potenzialdifferenz durchläuft.