Der elektrische Widerstand ist die Kraft, die Elektronen, die sich in einem Material bewegen, abstößt oder ihnen entgegenwirkt.
Der elektrische Widerstand ist in der Elektrizitätswirtschaft wichtig, weil er dazu beiträgt, die Spannung und den elektrischen Strom in einem System zu begrenzen und zu kontrollieren. Widerstände werden verwendet, um den elektrischen Widerstand in einem System zu regulieren. Um zum Beispiel eine 3-Volt-LED-Lampe an eine 5-Volt-USB-Buchse anzuschließen, muss ein -2-Volt-Widerstand verwendet werden, damit die Lampe nicht durchbrennt.
Der elektrische Widerstand wird in Ohm (Ω) gemessen. Eine der physikalischen Eigenschaften von Materialien ist ihr physikalischer Widerstand gegen Elektrizität. Je nach ihrer Widerstandsfähigkeit werden sie in zwei Typen unterteilt:
- Isolierende Materialien: Materialien mit hohem elektrischem Widerstand, wie z. B. Kunststoffe und Keramiken.
- Leiter: Sie ermöglichen den freien Fluss von Elektronen aufgrund ihres geringen elektrischen Widerstands. Metalle sind im Allgemeinen ausgezeichnete Leiter.
Der elektrische Widerstand hängt von anderen physikalischen Eigenschaften des Produkts ab, wie z. B.:
- Dicke: Je dicker der Leiter ist, desto geringer ist der Widerstand.
- Länge: Je länger der Leiter, desto höher der Widerstand.
- Leitfähigkeit: Je niedriger der spezifische Widerstand, desto höher die Leitfähigkeit.
- Temperatur: Je höher die Temperatur, desto höher der Widerstand.
Wie kann man am einfachsten verstehen, was elektrischer Widerstand ist?
Das wohl einfachste Modell zur Erklärung grundlegender Strömungsphänomene ist die Hydraulik. Wenn wir die Spannung als den Druck des Wassers in den Rohren und die Stromstärke als den Durchfluss (die Menge des fließenden Wassers) verstehen, dann sollte der elektrische Widerstand (auch bekannt als Widerstand) mit dem Durchmesser des Rohrs gleichgesetzt werden, wobei gilt: je größer das Rohr, desto geringer der Widerstand, je kleiner das Rohr, desto höher der Widerstand. Leiter, die einen hohen Widerstand haben, leiten Strom schlecht und umgekehrt. Je höher der Widerstand eines elektrischen Geräts ist, desto höher ist die Spannung, die an das Gerät angelegt werden muss, damit der richtige Strom fließt. Im Allgemeinen ist der elektrische Widerstand die Eigenschaft eines Materials oder Geräts, Strom zu leiten. Eisen und Kupfer leiten den Strom gut und haben daher einen geringen elektrischen Widerstand, während Glas fast gar keinen Strom leitet und daher einen sehr hohen elektrischen Widerstand hat. Der elektrische Widerstand, der sich aus dem Namen des Begriffs ergibt, gibt an, wie ein bestimmtes System der Leitung von Elektrizität widersteht.
Definition kombiniert mit Theorie
Wenn wir das Konzept des elektrischen Widerstands erklären, müssen wir vom Konzept der Impedanz ausgehen, einer Größe, die von Spannung und Strom abhängt. Die Impedanz besteht aus einem Realteil – dem Widerstand (oder elektrischen Widerstand) – und einem Imaginärteil – der Reaktanz. Der Imaginärteil der Impedanz (Reaktanz) ist bei Gleichstrom gleich Null, und für Gleichstrom wird meist der Begriff elektrischer Widerstand verwendet, weil dann Widerstand (elektrischer Widerstand) und Impedanz gleich sind. Die gebräuchlichste Erklärung ist, dass der elektrische Widerstand die Fähigkeit eines Materials ist, Strom zu leiten, d. h. er ist nach dem Ohmschen Gesetz das Verhältnis von Spannung zu Strom:
𝑅=𝑈/𝐼
R = elektrischer Widerstand [Ω],
𝑈 = Spannung [V],
𝐼 = Stromstärke [A].
Es sollte betont werden, dass der Widerstand kein konstanter Wert für ein bestimmtes Gerät ist, z. B. ist er bei einer Glühbirne nicht konstant und kann als Funktion z. B. der Spannung beschrieben werden (bei einer kleinen Spannung hat eine Glühbirne einen kleinen Widerstand, und wenn die Spannung steigt, nimmt der Widerstand zu), der Einfachheit halber und zu Lehrzwecken wird er jedoch als konstant betrachtet.
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