Big Bang 3, Schulbuch

71 23.3 Der elektrische Widerstand Man sagt im Alltag, dass Strom „verbraucht“ wird. Das ist eine falsche und irreführende Formulierung ( A9 ). An jeder Stelle im Stromkreis fließen gleich viele Elek­ tronen, diese verschwinden ja nicht einfach. Deshalb sollte man besser von Strombedarf reden! Allerdings wird die elektrische Energie der Ladungen durch Zusammenstöße zwischen Elektronen und Atomen nach und nach in Wärme umgewandelt. Es wird also nicht der Strom „verbraucht“, sondern die elektrische Energie. Die Gesamtenergie (elektrische Energie plus Wärmeenergie) bleibt erhalten ! Bei einem Fluss ist es ähnlich. Seine Wasserstromstärke ist ohne Zufluss an jeder Stelle gleich groß. Am tiefsten Punkt ist seine ge- samte Hebeenergie in Wärme umgewandelt worden. Die Stromstärke wird in Ampere (A) gemessen und trägt den Buchstaben I . Die Spannung wird in Volt (V) gemessen und trägt den Buchstaben U . Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen, mit einem großen griechischen Omega (Ω) abgekürzt und trägt den Buch- staben R . Der Zusammenhang zwischen diesen drei Größen wird mit dem Ohm’schen Gesetz beschrieben: Die gebräuchliche Schreibweise lautet R  = U / I . Damit du den Zusammenhang besser verstehst, ist es aber günstiger, auf I  = U / R umzuformen. Dann kannst du besser nachvollziehen, wie die Stromstärke von Spannung und Widerstand abhängt. Allgemein gilt: Je größer die angelegte Spannung und je kleiner der Widerstand, desto größer ist der Stromfluss. Warum das ganz logisch ist, kannst du dir überlegen, wenn du den elektrischen Strom wieder mit fließendem Wasser vergleichst ( Tab. 23.5 ). In „Serverfarmen“ von Google und Co. stehen tausende Computer. Weil der Strom in Wärme umgewandelt wird, wäre es dort ohne Lüftung heiß wie in der Sauna. B 23.17 Wovon hängt der elekt­ rische Widerstand allgemein ab? Erstens vom Material . Je besser dieses den Strom lei- tet, desto gerin- ger der Wider- stand ( Tab. 22.1 , S. 63 ). Weil Kupfer einen guten Mittel- weg zwischen Leitfähigkeit und Preis darstellt, wird es in den meisten Fällen als Leitermaterial verwendet. Zweitens hängt der Widerstand vom Querschnitt des Leiters ab. Wenn man hohe Ströme transpor- tieren will, braucht man auch mordsdicke Kabel. In B 23.18 siehst du ein Hochspannungs-Erdkabel im Querschnitt, das für eine Spannung von 380.000V aus- gelegt ist. Der innere Kupferteil hat einen Durchmes- ser von 8 cm und verkraftet bis zu 4500 A unbeschadet. Drittens hängt der Widerstand von der Länge des Leiters ab. Deshalb leuchtet die Lampe in A14 am hellsten, wenn sich die Klemme bei c befindet. I  =  ​  U  ___ R  ​ Der Stromfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Widerstand die Spannung erhöht. Der Wasserfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Rohrdurchmesser den Höhen- unterschied erhöht. I  =  ​  U  ___ R  ​ Der Stromfluss wird erhöht, wenn man bei gleicher Spannung den Widerstand verringert. Der Wasserfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Höhenunterschied den Rohr- durchmesser vergrößert. Vergleich zwischen Wasserfluss und Stromfluss ( A13 ) Der elektrische Widerstand kommt dadurch zu Stande, dass sich die Elektronen an den Atomen vorbeizwängen müssen. Dadurch entsteht auch immer gleichzeitig Wärme. Je kleiner der Widerstand eines Materials, desto größer ist der Stromfluss. B 23.18 T 23.5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv