Modellvorstellung des Widerstands

Präsentation zum Thema: "Modellvorstellung des Widerstands"—  Präsentation transkript:

1 - - - - Modellvorstellung des Widerstands
Wie kann man sich den Widerstand vorstellen? Durch ein kurzes Drahtstück fließen Elektronen, es fließt also Strom... - - - - Draht/Leiter Barrieren im Material Elektronen In jedem Leiter befinden sich Barrieren, die den Fluss der Elektronen be- bzw. verhindern. Diese Barrieren bestimmen, ob ein Leiter gut Strom leitet (wenige Barrieren), schlecht Strom leitet (viele Barrieren) oder keinen Strom leitet (nur Barrieren). Im Beispiel fließen „4A“ in den Leiter hinein und „2A“ am Ende heraus. Ein Widerstand wirkt also als Strombegrenzer.

2 Abhängigkeit des Widerstands von der Länge eines Leiters
Je länger, desto... ?

3 Zuerst betrachten wir den Stromfluss in einem kurzen Drahtstück
- - - - Von „4A“ kommen noch „2A“ an. Jetzt verdoppeln wir die Länge. - - - - Das bedeutet, doppelte Länge führt zu doppeltem Widerstand, dreifache Länge zu dreifachem Widerstand, halbe Länge zu halbem Widerstand. Doppelte Länge bedeutet eine Halbierung der Stromstärke und daher eine Verdopplung des Widerstands => Der Widerstand ist proportional zur Länge des Leiters.

4 Abhängigkeit des Widerstands vom Material
Gold, Eisen, Konstantan, Kupfer?

5 Zuerst betrachten wir den Stromfluss bei Konstantan. Hier sind
viele Barrieren vorhanden – der Widerstand ist hoch. - - - - Hier nun zum Vergleich ein Stück Kupferdraht. Es enthält weniger Barrieren, der Widerstand ist also kleiner. - - - -

6 Material Kupfer 0,018 Gold 0,022 Eisen 0,1 Konstantan 0,5
Das bedeutet, der Widerstand ist abhängig vom Material. Das Material bestimmt, wie viele Barrieren im Leiter zu finden sind. Der sogenannte spezifische Widerstand ist eine Materialkonstante. Für jeden Leiter ist sie unterschiedlich. Beispiele: Material spezifischer Widerstand = µΩ / m Kupfer 0,018 Gold 0,022 Eisen 0,1 Konstantan 0,5

7 Abhängigkeit des Widerstands von der Querschnittfläche
Doppelter Durchmesser bedeutet?

8 Zuerst betrachten wir den Stromfluss durch einen dünneren Draht
- 9 Ladungen fließen durch den Draht. Nun verdoppeln wir den Durchmesser. - Doppelter Durchmesser bedeutet vierfache Fläche. Dadurch können nun 36 Ladungen gleichzeitig fließen. Damit vervierfacht Sich die Stromstärke und der Widerstand wird geviertelt.

9 Die Querschnittfläche ist proportional zum Quadrat des
Durchmessers. Das bedeutet, dass doppelter Durchmesser zu vierfacher Fläche führt, dreifacher Durchmesser zu neunfacher Fläche und halber Durchmesser zu einem Viertel der Fläche. Da die Stromstärke jeweils davon abhängt, wie viele Ladungen pro Sekunde gleichzeitig fließen können, bedeutet eine Erhöhung der Querschnittfläche eine Erhöhung der Stromstärke. Eine Erhöhung der Stromstärke bedeutet aber eine Verringerung des Widerstands. Der Widerstand ist damit umgekehrt proportional zur Querschnitt- fläche eines Leiters.