Elektrischer Widerstand von Drähten

Das Konzept des elektrischen Widerstands und der Leitfähigkeit

Jeder Körper, durch den ein elektrischer Strom fließt, weist einen bestimmten Widerstand auf. Die Eigenschaft eines leitenden Materials, den Durchgang eines elektrischen Stroms durch es zu verhindern, wird als elektrischer Widerstand bezeichnet.

Die elektronische Theorie erklärt auf diese Weise die Natur des elektrischen Widerstands metallischer Leiter. Wenn sich freie Elektronen entlang eines Drahtes bewegen, treffen sie auf ihrem Weg unzählige Male auf Atome und andere Elektronen und verlieren bei der Wechselwirkung mit ihnen unweigerlich einen Teil ihrer Energie. Elektronen erfahren ohnehin Widerstand gegen ihre Bewegung. Verschiedene Metallleiter mit unterschiedlicher Atomstruktur haben einen unterschiedlichen Widerstand gegenüber elektrischem Strom.

Genau das Gleiche erklärt den Widerstand flüssiger Leiter und Gase gegenüber dem Durchgang von elektrischem Strom. Wir dürfen jedoch nicht vergessen, dass in diesen Stoffen nicht Elektronen, sondern geladene Molekülteilchen bei ihrer Bewegung auf Widerstand stoßen.

Widerstand wird mit den lateinischen Buchstaben R oder r bezeichnet.

Als Einheit des elektrischen Widerstands wird das Ohm verwendet.

Ohm ist der Widerstand einer 106,3 cm hohen Quecksilbersäule mit einem Querschnitt von 1 mm2 bei einer Temperatur von 0 °C.

Wenn beispielsweise der elektrische Widerstand des Drahtes 4 Ohm beträgt, dann schreibt man das so: R = 4 Ohm oder r = 4 th.

Zur Messung großer Widerstände wird die Einheit Megaohm verwendet.

Ein Megaohm entspricht einer Million Ohm.

Je größer der Widerstand des Drahtes ist, desto schlechter leitet er elektrischen Strom, und umgekehrt: Je geringer der Widerstand des Drahtes, desto leichter kann elektrischer Strom durch diesen Draht fließen.

Daher kann man für die Eigenschaften eines Leiters (im Hinblick auf den Durchgang eines elektrischen Stroms durch ihn) nicht nur seinen Widerstand, sondern auch den Kehrwert des Widerstands und die sogenannte Leitfähigkeit berücksichtigen.

Unter elektrischer Leitfähigkeit versteht man die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom durch sich selbst zu leiten.

Da der Leitwert der Kehrwert des Widerstands ist, wird er als 1 /R ausgedrückt, der Leitwert wird mit dem lateinischen Buchstaben g bezeichnet.

Einfluss des Leitermaterials, seiner Abmessungen und der Umgebungstemperatur auf den Wert des elektrischen Widerstands

Der Widerstand verschiedener Drähte hängt vom Material ab, aus dem sie bestehen. Um den elektrischen Widerstand verschiedener Materialien zu charakterisieren, wird das Konzept der sogenannten Widerstand.

Als Widerstand bezeichnet man den Widerstand eines Drahtes mit einer Länge von 1 m und einer Querschnittsfläche von 1 mm2. Der Widerstand wird mit dem griechischen Buchstaben r bezeichnet. Jedes Material, aus dem ein Leiter besteht, hat seinen eigenen spezifischen Widerstand.

Beispielsweise beträgt der Widerstand von Kupfer 0,017, d. h. ein Kupferdraht mit einer Länge von 1 m und einem Querschnitt von 1 mm2 hat einen Widerstand von 0,017 Ohm. Der Widerstand von Aluminium beträgt 0,03, der Widerstand von Eisen beträgt 0,12, der Widerstand von Konstantan beträgt 0,48 und der Widerstand von Nichrom beträgt 1-1,1.

Lesen Sie hier mehr darüber: Was ist elektrischer Widerstand?

Der Widerstand eines Drahtes ist direkt proportional zu seiner Länge, d. h. je länger der Draht, desto größer sein elektrischer Widerstand.

Der Widerstand eines Drahtes ist umgekehrt proportional zu seiner Querschnittsfläche, d. h. je dicker der Draht, desto geringer sein Widerstand, und umgekehrt: Je dünner der Draht, desto höher sein Widerstand.

Um diesen Zusammenhang besser zu verstehen, stellen Sie sich zwei Paare kommunizierender Gefäße vor, wobei ein Gefäßpaar ein dünnes Verbindungsrohr und das andere ein dickes Verbindungsrohr hat. Es ist klar, dass, wenn eines der Gefäße (jedes Paar) mit Wasser gefüllt ist, die Übertragung auf ein anderes Gefäß durch ein dickes Rohr viel schneller erfolgt als durch ein dünnes, d. h. Ein dickes Rohr hat einen geringeren Widerstand gegen den Wasserfluss. Ebenso kann ein elektrischer Strom leichter durch einen dicken Draht fließen als durch einen dünnen, d. h. ersterer hat einen geringeren Widerstand als letzterer.

Der elektrische Widerstand eines Leiters ist gleich dem spezifischen Widerstand des Materials, aus dem dieser Leiter besteht, multipliziert mit der Länge des Leiters und dividiert durch die Fläche der Querschnittsfläche des Leiters Dirigent:

R = p l / S,

wobei — R — Widerstand des Drahtes, Ohm, l — Länge des Drahtes in m, C — Querschnittsfläche des Drahtes, mm2.

Querschnittsfläche eines Runddrahtes berechnet nach der Formel:

S = Pi xd2 / 4

wobei Pi ein konstanter Wert von 3,14 ist; d – Durchmesser des Drahtes.

Und so wird die Länge des Drahtes bestimmt:

l = SR / p,

Diese Formel ermöglicht es, die Länge des Drahtes, seinen Querschnitt und seinen Widerstand zu bestimmen, wenn die anderen in der Formel enthaltenen Größen bekannt sind.

Wenn es notwendig ist, die Querschnittsfläche des Drahtes zu bestimmen, dann führt die Formel zu folgender Form:

S = p l / R

Wenn wir dieselbe Formel umwandeln und die Gleichung nach p auflösen, ermitteln wir den Widerstand des Drahtes:

R = R S / l

Die letztgenannte Formel sollte in Fällen verwendet werden, in denen der Widerstand und die Abmessungen des Leiters bekannt sind, sein Material jedoch unbekannt ist und es außerdem schwierig ist, es anhand seines Aussehens zu bestimmen. Dazu ist es notwendig, den Widerstand des Drahtes zu bestimmen und anhand der Tabelle ein Material mit einem solchen Widerstand zu finden.

Ein weiterer Faktor, der den Widerstand von Drähten beeinflusst, ist die Temperatur.

Es wurde festgestellt, dass mit steigender Temperatur der Widerstand von Metalldrähten zunimmt und mit abnehmender Temperatur abnimmt. Diese Widerstandszunahme bzw. -abnahme ist bei reinen Metallleitern nahezu gleich und beträgt durchschnittlich 0,4 % pro 1 °C... Der Widerstand von flüssigen Leitern und Kohle nimmt mit steigender Temperatur ab.

Die elektronische Theorie des Aufbaus der Materie liefert folgende Erklärung für die Widerstandszunahme metallischer Leiter mit zunehmender Temperatur.Beim Erhitzen erhält der Leiter Wärmeenergie, die zwangsläufig auf alle Atome des Stoffes übertragen wird, wodurch die Intensität ihrer Bewegung zunimmt. Durch die verstärkte Bewegung der Atome entsteht ein größerer Widerstand gegen die gerichtete Bewegung freier Elektronen, weshalb der Widerstand des Leiters zunimmt. Mit sinkender Temperatur werden bessere Bedingungen für die gerichtete Bewegung der Elektronen geschaffen und der Widerstand des Leiters nimmt ab. Dies erklärt ein interessantes Phänomen – die Supraleitung von Metallen.

Supraleitung Die Reduzierung des Widerstands von Metallen auf Null erfolgt bei einer enormen negativen Temperatur von -273 ° °, dem sogenannten absoluten Nullpunkt. Bei einer Temperatur des absoluten Nullpunkts scheinen Metallatome an Ort und Stelle einzufrieren, völlig ungestört von der Bewegung der Elektronen.