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Der elektrische Widerstand

Das Ohm'sche Gesetz

Beim letzten Versuch haben wir die geringere Zunahme der Stromstärke mit der Temperaturerhöhung des Eisendrahtes begründet. Was passiert aber, wenn man die Temperatur des Drahtes konstant hält? Zur Kühlung benutzen wir einen Behälter mit kaltem Wasser, in den wir den gewendelten Draht hineintauchen.

Mit folgendem interaktivem Bildschirmexperiment untersuchen wir nun am gekühlten Eisendraht die Änderung der Stromstärke bei zunehmender Spannung:

Durch Betätigung des Schiebers können Sie wieder schrittweise das Experiment ablaufen lassen.

Starten Sie nun das JPAKMA-Projekt!

Abb.1
JPAKMA-Animation "Gekühlter gewendelter Eisendraht"
Hinweis
In den weiteren Versuchen ist die Versuchsdurchführung dieselbe.

Diesmal ergibt sich annähernd eine Gerade. Das bedeutet, dass die am gekühlten Eisendraht anliegende Spannung und die elektrische Stromstärke direkt proportional zueinander sind. Somit ist der Quotient aus Spannung und Stromstärke, also der Widerstand, konstant.Diese Proportionalität wurde von Georg Simon Ohm entdeckt und allgemein als Ohm'sches Gesetz formuliert:

Das Ohm'sche Gesetz
Für alle reinen metallischen Leiter gilt bei konstanter Temperatur, dass das Verhältnis von der Spannung U und der Stromstärke I konstant ist U I = konstant , also der Widerstand bei konstanter Temperatur unabhängig von der anliegenden Spannung und Stromstärke ist.

Auch hier gibt es Ausnahmen wie zum Beispiel Konstantan, eine Legierung aus Kupfer und Nickel:

Im folgenden Versuch wird wieder die Änderung der Stromstärke bei zunehmender Spannung untersucht:

Abb.2
JPAKMA-Animation "Gewendelter Konstantandraht"

Man erhält annähernd eine Gerade. Hieraus kann man also folgern, dass sich bei Konstantan der Widerstand bei Erhöhung der Temperatur kaum ändert. Daher benutzt man Konstantan insbesondere als Messwiderstand in der Technik.

Führen wir denselben Versuch noch mit einer Graphitmine, also einem nichtmetallischen Leiter, durch:

Abb.3
JPAKMA-Animation "Graphitmine"

Die Linie ist nach oben gekrümmt, das bedeutet, dass mit zunehmender Spannung die Stromstärke immer mehr zunimmt. Das heißt der Widerstand des Graphitleiters nimmt mit zunehmender Temperaturerhöhung ab. Das liegt daran, dass bei Graphit mit zunehmender Temperatur immer mehr Elektronen zur elektrischen Leitung freigesetzt werden. Es stehen also mehr Ladungsträger zur Verfügung, damit verkleinert sich der Widerstand des elektrischen Leiters.

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