Widerstand eines Drahtes.Es gibt vier Faktoren, die den Widerstand eines Leiters
beeinflussen:
Wir sagen, der Widerstand eines Drahtes ist groß, wenn es für eine Ladung schwierig ist, durch den Draht zu kommen - wenn wenige Ladungen je Sekunde durch den Draht gelangen, die Stromstärke also klein ist. 1) Querschnittsfläche A:Die Querschnittsfläche eines Leiters kann man in einem Modell
in etwa mit der Breite eines Ganges oder der Breite einer Autobahn
vergleichen:
|
2) Länge des Drahtes l.
Die Länge des Drahtes entspricht der Länge eines Ganges. Je länger der Gang, desto schwieriger ist es, viele Leute in einer bestimmten Zeit hindurchzuschicken. Die "Stromstärke" ist also klein, der Widerstand wird hier groß.
Große Drahtlänge => großer Widerstand => kleine Stromstärke |
Temperatur T
Erinnert euch: Wärme hat im Atom- oder Molekülbild etwas mit
der Bewegung der Atome oder Moleküle zu tun. Im Festkörper sind
Atome zwar in der Kristallstruktur an ihren Platz gebunden, können um
diese feste Position aber Schwingungen ausführen.
(Modell: Schüler
in einem Klassenzimmer an einem festen Sitzplatz, jedoch können sie
auf dem Stuhl mehr (warm) oder weniger (kalt) "zappeln").
Modell eines kalten Drahtes (cold wire) Stellt euch einen Gang voller Leute vor. Die Hälfte der Leute
(die Elektronen) versuchen alle sich wie du in einer Richtung zu
bewegen und die andere Hälfte (die Atomkerne) sind im Gang
gleichmäßig verteilt, aber in Ruhe. |
Modell eines heißen Drahtes (warm wire) Wenn es in dem Leiter (dem Gang) immer wärmer wird, beginnen die Atomkerne mit Schwingungen um ihre Lage. Je heftiger ihre Bewegung, wird um wahrscheinlicher wird es, dass sie den Elektronen "in die Quere kommen" und den Elektronenfluß stören. Es kommen weniger Elektronen je Sekunde durch, die Stromstärke sinkt also, der Widerstand steigt. |
Dies geschieht zum Beispiel bei einer Glühlampe. Im ersten Moment
(beim Einschalten) ist die Glühwendel kalt, ihr Widerstand ist
gering, daher ergibt sich zunächst eine große Stromstärke.
Aber wenn der Draht zu glühen beginnt, dann nimmt der Widerstand zu,
die Stromstärke nimmt ab.
Die große Stromstärke
zu Beginn des Vorgangs führt dazu, dass Glühlampen meist beim
Einschalten kaputt gehen.
Bei extrem tiefen Temperaturen in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunkts (-2730 C = 0 K) sind die Atomkerne praktisch nicht mehr in Bewegung. Dann leiten alle Materialien besonders gut, Drähte haben dann praktisch keinen meßbaren Widerstand mehr - man nennt dies "Supraleitung".
hohe Temperatur => großer Widerstand => kleine Stromstärke |
Zusammenfassend kann man sagen, dass ein kurzer, "dicker" und kalter Draht der beste Leiter ist.
Eine Formel, die alle Abhängigkeiten zusammenfasst, sieht so aus:
R ist der
Widerstand des Drahtes in Ohm A ist die Querschnittsfläche in mm2 ist die Länge des Drahtes in Meter ist der spezifische Widerstand des Leitermaterials |
Der spezifische Widerstand kennzeichnet das Material, aus dem der Leiter
ist.
So hat z.B. Gold einen geringeren spezifischen Widerstand als Blei
oder Zink, weil es ein besserer Leiter ist.
Je besser ein
Material Elektrizität leitet, desto kleiner ist der spezifische
Widerstand.
Ganz allgemein ist wichtig:
Wenn man die Länge L eines Drahtes verdoppelt, verdoppelt sich auch der Widerstand R des Drahtes.
Wenn man die Querschnittsfläche A verdoppelt, dann halbiert sich der Widerstand R des Drahtes.
© Grafiken: Science Joy Wagon, Seite: Landesbildungsserver Baden-Würtemberg