Ohm’sches Gesetz.
Das Ohmsche Gesetz ist eine Formel, die verwendet wird, um das Verhältnis zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem elektrischen Stromkreis zu berechnen.
Im Jahr 1826 veröffentlichte der deutsche Physiker Georg Simon Ohm seine Arbeit „Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contactelectricität leiten“, in der er die Formulierung des berühmten Gesetzes gab. Die Wissenschaftler dieser Zeit reagierten feindlich auf die Veröffentlichung des großen Physikers. Erst als ein anderer Wissenschaftler, Claude Pouillet, auf experimentellem Wege zu denselben Schlussfolgerungen gelangte, wurde das Ohmsche Gesetz weltweit anerkannt.
Dieses Gesetz berücksichtigt die wichtigsten quantitativen Eigenschaften eines elektrischen Stromkreises:
Spannung U Volt (V) – Der Druck, der den Elektronenfluss antreibt.
Stromstärke I Ampere (A) – Die Geschwindigkeit des Elektronenflusses.
Widerstand R Ohm (Ω) – Behindert den Elektronenfluss Ω = griechischer Buchstabe Omega.
Ohmsches Gesetz für einen Kreisabschnitt
Der Strom ist direkt proportional zur Spannung und indirekt proportional zum Widerstand – das ist die genaue Formulierung des Ohmschen Gesetzes. Der physikalische Sinn dieser Formel besteht darin, die Abhängigkeit des Stroms durch einen Abschnitt eines Stromkreises bei bekanntem Widerstand und Spannung zu beschreiben.
Dabei steht I für den Strom in Ampere, U für die Spannung in Volt und R für den Widerstand in Ohm.
Das Ohmsche Dreieck
Wenn Sie eine fehlende Größe berechnen möchten, decken Sie diese Größe gedanklich oder mit dem Finger ab und betrachten Sie dann die beiden anderen Größen. Wenn die beiden „offenen“ Größen nebeneinander stehen, werden alle multipliziert, wenn sie übereinander angeordnet sind, wird die obere Größe durch die untere dividiert.
Zum Beispiel „verdecken“ Sie die Spannung U an der Spitze des „Ohmschen Dreiecks“. Die beiden verbleibenden Größen, nämlich der Widerstand R und der Strom I, befinden sich nebeneinander. Daher müssen Sie den Widerstand R mit dem Strom I multiplizieren, um die Spannung U zu erhalten. Dies entspricht genau der Formel des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines elektrischen Schaltkreises.
Achtung! Diese Formel gilt für Gleichstrom. Für Wechselstrom gibt es geringfügige Unterschiede, auf die wir später zurückkommen werden.
Das Ohmsche Gesetz für den Gesamtkreis lautet
Der Strom in einem geschlossenen elektrischen Kreis ist direkt proportional zur elektromotorischen Kraft (EMK) der Stromquelle und invers proportional zum Gesamtwiderstand des Kreises.
Wenn der Stromkreis durchlaufen wird, wird der Strom zusätzlich zum Widerstand des Leiters auch auf den Widerstand stoßen, den ihm die Stromquelle selbst entgegensetzt.
Der Widerstand des Leiters, der mit der Stromquelle verbunden ist, wird als externer Widerstand bezeichnet, während der Widerstand der Stromquelle selbst als interner Widerstand bezeichnet wird.
r – Innerer Widerstand
ε – Elektromotorische Kraft (EMK) der Stromquelle [V]
Die elektromotorische Kraft (EMK) ist eine quantitative Messung der Arbeit, die von äußeren Kräften bei der Bewegung von Ladung verrichtet wird, und sie ist eine charakteristische Eigenschaft der Stromquelle. Sie wird im internationalen Einheitensystem (SI) in Volt gemessen. In Texten wird die elektromotorische Kraft oft als ε abgekürzt.
Die elektromotorische Kraft einer Teilstrecke des Kreises entspricht der Energie, die eine Einheitsladung erhält, wenn sie diese Teilstrecke des Kreises durchläuft.
Hinweis: Diese Formel gilt für Gleichstrom.
Das Gesetz Ohm für Wechselstrom
Der Wert des Stroms in einem Wechselstromkreis ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand des Kreises.
U = I ∙ Z
Nach der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion durch Faraday im Jahr 1831 wurden die ersten Generatoren für Gleichstrom und später Wechselstrom entwickelt.
Das Ohmsche Gesetz für Wechselstrom hat seine eigenen Besonderheiten und Unterschiede zu Schaltungen mit Gleichstrom, die durch das Vorhandensein von reaktiven Elementen bestimmt werden.
Gesamtwiderstand des Kreises
Bei der Berechnung eines Wechselstromkreises wird anstelle des Begriffs „Widerstand“ der Begriff „Impedanz“ verwendet. Die Impedanz wird mit dem Buchstaben Z bezeichnet und umfasst den aktiven Widerstand der Last R und den reaktiven Widerstand X. Dies ist auf die sinusförmige Form des Stroms und die Parameter induktiver Elemente sowie die Gesetze der Schaltungen zurückzuführen.
XL und XC sind Komponenten des reaktiven Widerstands. Dies hängt direkt davon ab, welche aktiven und reaktiven Elemente in der Schaltung vorhanden sind und wie sie miteinander verbunden sind.
Der induktive Widerstand, der auf Wechselstrom wirkt, wird durch die Induktivität des elektrischen Kreises verursacht und entsteht durch eine Spule.
Kapazitiver Widerstand, der von einem Kondensator erzeugt wird.
Der Parameter ω ist die Winkelgeschwindigkeit des Netzwerks, und sein Wert wird durch die Formel ω = 2πf bestimmt, wobei f die Frequenz des Netzwerks (Hz) ist.