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Elektronik-Fibel

Die Elektronik-Fibel, das Elektronik-Buch

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Ohmsches Gesetz

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke I in einem Leiter und die Spannung U zwischen den Enden des Leiters direkt proportional sind. Die Formel URI ist eine mathematische Darstellung dieses Gesetzes.

Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes lassen sich die drei Grundgrößen eines Stromkreises berechnen, wenn mindestens zwei davon bekannt sind. Die drei Grundgrößen sind Spannung, Strom und der Widerstand.

Der Physiker Georg Simon Ohm hat den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand festgestellt und nachgewiesen. Nach ihm wurde das Ohmsche Gesetz benannt.

Ohne Verständnis des Ohmschen Gesetzes ist das Verständnis von Elektrotechnik und Elektronik kaum möglich.

Wichtiger Hinweis für Elektronik-Einsteiger

Es ist wichtig zu verstehen, dass das Ohmsche Gesetz nur für ohmsche Widerstände gilt. Dazu zählen normale Widerstände und Bauelemente, die einen linearen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom haben. Der Widerstand einer Diode oder einer Lampe kann nicht mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden, da Strom und Spannung an diesen Bauelementen keinen linearen Zusammenhang aufweisen. Normale Widerstände haben im Rahmen ihrer Grenzwerte, unabhängig von Spannung und Strom, immer den gleichen Wert. Nur dieser Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden.

Nachweis des Ohmschen Gesetzes anhand einer Schaltung und Messungen

Ohmsches Gesetz - Stromfehlerschaltung
Legt man einen Widerstand R an eine Spannung U und bildet einen geschlossenen Stromkreis, so fließt durch den Widerstand R ein bestimmter Strom I. Die folgenden Messungen zeigen den linearen Zusammenhang auf, der in der anschließenden Strom-Spannungs-Kennlinie dargestellt ist.

Hinweis: Strom- und Spannungsmessgerät haben jeweils einen Innenwiderstand, der das Messergebnis beeinflusst. Um Messfehler auszuschließen macht es Sinn Strom und Spannung getrennt voneinander zu messen.

Messung 1

In einer Messschaltung wird bei gleichbleibendem Widerstand (100 Ω) die Spannung erhöht (5 V, 10 V, 15 V). Wie verhält sich der Strom?

R in Ω 100 100 100
U in V 5 10 15
I in mA 50 100 150

Erkenntnis: Bei gleichbleibendem Widerstand R und bei gleichmäßiger Erhöhung der Spannung U, steigt der Strom I mit der Spannung U.

Messung 2

In einer Schaltung wird bei gleichbleibender Spannung (5 Volt) der Widerstand (50 Ohm, 100 Ohm, 150 Ohm) erhöht. Wie verhält sich der Strom?

R in Ω 50 100 150
U in V 5 5 5
I in mA 100 50 30

Erkenntnis: Bei gleichbleibender Spannung U und bei gleichmäßiger Erhöhung des Widerstandes R, verringert sich der Strom I um 1/R.

Strom-Spannungs-Kennlinie (Widerstandskennlinie)

Strom-Spannungskennline (Widerstandskennlinie)
Trägt man Spannungen und Ströme eines dazugehörigen Widerstandes in ein Diagramm ein und verbindet die Punkte miteinander, dann bildet sich eine gerade Linie (Gerade). Je steiler die Gerade, desto kleiner ist der Widerstand.

Formeln des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz kennt drei Formeln zur Berechnung von Strom, Spannung und Widerstand. Voraussetzung ist, das jeweils zwei der Grundgrößen bekannt sind.

Formel zur Berechnung des Stroms Liegt an einem Widerstand R die Spannung U, so fließt durch den Widerstand R ein Strom I.
Formel zur Berechnung der Spannung Soll durch einen Widerstand R der Strom I fließen, so muss die Spannung U berechnet werden.
Formel zur Berechnung des Widerstands Fließt durch einen Widerstand R ein Strom I, so liegt an ihm eine Spannung U an.

Praxis-Tipp: Das Magische Dreieck

Magisches Dreieck
Das magische Dreieck kann als Hilfestellung verwendet werden um die verschiedenen Formeln des Ohmschen Gesetzes zu ermitteln.
Der Wert, der berechnet werden soll, wird herausgestrichen. Mit den beiden übrigen Werten wird das Ergebnis ausgerechnet.
Damit man sich die Reihenfolge der Werte merken kann, prägt man sich das Wort URI ein. Wobei U über R und I steht.

Georg Simon Ohm

Georg Simon Ohm wurde am 16.03.1789 in Erlangen unter ärmlichen Verhältnisse geboren. Obwohl sein Vater Schlossermeister war, beschäftigter sich dieser mit Mathematik, Physik und Philosophie und vermittelte seinen beiden Söhnen Georg Simon und Martin sein Wissen darin.
Georg Simon Ohm besuchte in Erlangen das Gymnasium und ging anschließend zur Universität. Weil er sein Studium nicht bezahlen konnte, brach er nach einem Jahr ab und arbeitete für ein paar Jahre in der Schweiz als Mathematiklehrer. Danach kam er zurück nach Erlangen und arbeitet dort als Privatdozent für Mathematik.
Später als Oberlehrer für Mathematik und Physik begann er sich für physikalische Forschungsarbeiten zu interessieren. In den Jahren darauf beschäftigten sich viele Wissenschaftler für elektromagnetische Erscheinungen. Auch Ohm beschäftigte sich mit den Erscheinungen der galvanischen Kette. 1826 erschien sein Buch über den quantitativen Zusammenhang zwischen verschiedenen Größen einer galvanischen Kette, das wir als Ohmsches Gesetz kennen. Im Prinzip entdeckte er den Zusammenhang zwischen der Stromstärke I und der Spannung U. Erstmals wurde es Dank Ohm möglich die kaum erforschte Elektrizitätslehre mathematisch zu behandeln. Obwohl am Anfang seiner Entdeckung die Anerkennung aus blieb und die Bedeutung des Ohmschen Gesetzes nicht erkannt wurde, bekam er Jahre später durch das Ausland innerhalb kürzester Zeit viele Auszeichnungen und Ehrungen verliehen.
1852 wurde sein Traum wahr und er wurde Professor für Physik an der Universität München.
1854 verstarb Georg Simon Ohm.

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