Elektrischen Widerstand berechnen

Ein Elektronenfluss zwischen einem Plus- und Minuspol kommt zustande, wenn elektrische Spannung herrscht und wenn freie Elektronen vorhanden sind. Das sind Valenzelektronen, die keine Bindungselektronen sind. In Metallen sind alle Valenzelektronen freie Elektronen, weshalb sie den elektrischen Strom gut leiten. Die freien Elektronen bewegen sich im Kristallgefüge ohne elektrische Spannung ungeordnet im Atomgitter und bilden eine sogenannte Elektronenwolke.

Sobald Spannung anliegt, ist die Bewegung nicht mehr ungeordnet, sondern geordnet und führt in Richtung Pluspol. Die elektrische Spannung sorgt für Druck auf die freien Elektronen und es kommt zur Bewegung bzw. zum Fluss der Elektronen. Der Vorgang wird Stromfluss genannt. Die Elektronenbewegung läuft jedoch nicht ohne Hindernisse ab. Während des Fließens stoßen sie immer wieder mit den Gitterionen, die aus dem Atomkern und den Rest Elektronen bestehen, die mit dem Atomkern verbunden sind. Dadurch verlieren die Elektronen kinetische Energie und geben die Energie an die Gitterionen ab, die durch die Stöße in Schwingung kommen und die Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgeben.

Der Elektronenfluss wird insgesamt behindert und man nennt die Behinderung elektrischen Widerstand. Man kann den Widerstand mit den Ohmschen Gesetzen berechnen, die den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand darlegen.

Jedes Material hat einen spezifischen Widerstand. Damit wird angegeben, wie gut oder schlecht ein Material den elektrischen Strom leitet. Mit der Angabe des spezifischen Widerstands, der Leitungslänge und des Leitungsquerschnitts kann der elektrische Widerstand berechnet werden. Man kann den Widerstand auch mit dem Kehrwert des spezifischen Widerstand berechnen, der spezifsiche Leitfähigkeit genannt wird. Die Formeln hierfür sind:

Georg Simon Ohm entdeckte im 19. Jahrhundert, dass das Verhältnis von Spannung zu Stromstärke konstant ist und die Konstante den Widerstand bildet. Die Zusammenhänge zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand nennt man Ohmsche Gesetze. Die Einheit Ohm wurde nach dem Entdecker dieser Zusammenhänge benannt. Die Formel zum Berechnen des elektrischen Widerstands nach den Ohmschen Gesetzen ist:

Ist die elektrische Spannung nicht bekannt, dafür die elektrische Leistung, kann folgende Formel verwendet werden:

Ist die Spannung und Leistung bekannt, kann man folgende Formel verwenden: