Das Ohmsche Gesetz
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Geschichte
Georg Simon Ohm
Ohm entstammte einer alten Bürgerfamilie, die seit vielen Generationen das Schlossergewerbe vom Vater auf den Sohn weitergab. Sein Vater Johann Wolfgang widmete sich dem Studium der Mathematik und der Kantschen Philosophie und führte seine beiden Söhne Georg Simon und Martin früh an die Mathematik heran und erteilte ihnen selbst Mathematik-Unterricht. Im Alter von fünfzehn Jahren wurde Georg Simon Ohm einer fünfstündigen Prüfung durch den Mathematikprofessor Karl Christian von Langsdorf unterzogen, der seine außerordentliche Begabung und sein weit überdurchschnittliches Wissen auf dem Gebiet der Mathematik bestätigte. Der Professor war so beeindruckt, dass er im Schlusssatz seines Gutachtens die Hoffnung zum Ausdruck brachte, dass aus der Familie des Schlossermeisters ein neues Bernoulli-Brüderpaar entstehen werde.1805 begann Georg Simon Ohm als 16-Jähriger ein Studium der Mathematik, Physik und Philosophie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen. Wegen finanzieller Schwierigkeiten musste er das Studium nach einem Jahr abbrechen und ging als Mathematiklehrer an eine Privatschule im ehemaligen Kloster Gottstatt in der Schweiz. Mit 22 Jahren kehrte er nach Erlangen zurück, wurde dort 1811 mit einer Arbeit über Licht und Farben zum Doktor promoviert und arbeitete in Erlangen dann drei Semester lang als Privatdozent für Mathematik. 1813 wurde er Lehrer an der Realschule in Bamberg, 1817 Lehrer der Physik und Mathematik am Jesuitengymnasium in Köln und 1826 an der Kriegsschule in Berlin. Georg Simon Ohm wurde die Copley Medaille für seine herausragenden Ergebnisse im Bereich der Physik verliehen.
Einheiten
Spannung
Die elektrische Spannung (U) ist der Unterschied der Ladungen zweier Pole. Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Der Pluspol hat zu wenige Elektronen, der Minuspol zu viele. Die Spannung ist sozusagen der Ursprung des Stroms, und ist sozusagen die Kraft, die Druck auf freie Elektronen ausübt. Dieser Druck ensteht durch den Unterschied der Elektronenmenge an den beiden Polen. Kommt es zu einer Verbindung der beiden Pole, gibt es eine Entladung, und es fließt Strom.
In einer Schaltung findet man zwei Formen der Spannung, die Quellspannung, also die Spannung, die von der Spannungsquelle bereitgestell wird, und die Spannung, die sich an den "Verbrauchern" im Stromkreis und deswegen als Spannungsabfall bezeichnet wird, weil dabei die Quellspannung reduziert wird.
Das deutsche Formelzeichen ist U, das Englische V (von "voltage") abgeleitet. In der Schaltungstechnik werden oft Bezeichnungen wie VBAT (Batteriespannung) und andere verwendet. Für Gleichspannungsgrößen wird das große "U" und für Wechselspannungsgrößen das kleine "u" verwendet.
Formeln zur Berechnung:
Elektr. Spannung U = Elektr. Strom I x Elektr. Widerstand R → U = I x R
Elektr. Spannung U = Elektr. Leistung P / Elektr. Strom I → U = P / I
Widerstand
Die Bewegung freier Ladungsträger im Inneren eines Leiters hat zur Folge, dass die freien Ladungsträger gegen Atome stoßen und in ihrem Fluss gestört werden. Diesen Effekt nennt man einen Widerstand. Durch diesen Effekt hat der Widerstand die Eigenschaft, den Strom in einer Schaltung zu begrenzen. Der elektrische Widerstand wird auch als ohmscher Widerstand bezeichnet. In der Elektronik spielen Widerstände eine sehr große Rolle. Neben den klassischen Widerständen hat jedes andere Bauteil einen Widerstandswert, der Einfluss auf Spannungen und Ströme in Schaltungen nimmt.
Die Ladungsträger sind übrigens frei bewegende Elektronen, was auch erklärt warum Metalle so gut leiten. Erstens sind die Protonen in Reihen angeordnet und Zweitens gehen Metalle Bindungen die man Metallbindungen nennt ein. Das bedeutet, dass jedes Atom einige seiner Elektronen sozusagen in einen gemeinsamen Fonds abgibt und deswegen gibt es viele bewegliche Elektronen die selten mit den Protonen zusammenstoßen und deswegen ein geringer Widerstand entsteht.
Das Formelzeichen des elektrischen Widerstands ist das große R. Es steht für die englische Bezeichnung Resistor (= Widerstand).
Die Maßeinheit für den elektrischen Widerstand ist Ohm mit dem Kurzzeichen Ω (Omega) aus dem griechischen Alphabet.
Formeln zur Berechnung:
Elektr. Widerstand R = Elektr. Spannung U / Elektr. Strom I → R = U / I
Elektr. Widerstand R = Spez. Widerstand p x Leiterlänge l / Leiterquerschnitt q → R = p x l / q
