Widerstand - dies ist ein Element einer elektrischen Schaltung, das den durch ihn fließenden Strom begrenzen soll. Es hat eine Widerstandseigenschaft, die die Leichtigkeit oder Schwierigkeit des Durchgangs von Strom bestimmt. Widerstände werden häufig in elektrischen Schaltungen und Vorrichtungen zur Steuerung und Regulierung von elektrischem Strom und Spannung verwendet.
Der Widerstand eines Widerstands kann mit einer Ohm-Formel berechnet werden, die eine direkte Proportionalität zwischen der Stromstärke und der durch den Widerstand fließenden Spannung festlegt. Die ohmsche Formel lautet wie folgt: R = U / I, wobei R der Widerstand ist, U die Spannung ist, I die Stromstärke ist.
Wenn mehrere Widerstände in einer Schaltung vorhanden sind, kann ihr Gesamtwiderstand nach dem Gesetz der Widerstandszusammenführung berechnet werden. Die gebräuchlichsten Methoden zum Verbinden von Widerständen sind serielle und parallele Verbindungen. Im Falle einer seriellen Verbindung entspricht der Gesamtwiderstand der Summe der Widerstände jedes Widerstands. In einer Parallelverbindung kann der Gesamtwiderstand anhand der Formel berechnet werden: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + . + 1 / Rn, wo R1, R2, . Die Rn - Widerstände jedes Widerstands.
Was ist der Widerstand in einer elektrischen Schaltung?
Der Widerstand entsteht durch die Wechselwirkung von Elektronen mit den Atomen des Materials, durch das der Strom fließt. Wenn sich Elektronen durch den Leiter bewegen, kollidieren sie mit den Atomen des Materials, was es schwierig macht, sie zu bewegen und Widerstand zu erzeugen.
Der Widerstand spielt eine wichtige Rolle in elektrischen Schaltungen, da er bestimmt, wie viel Energie in Form von Wärme während des Stromübertragungsprozesses verloren geht. Je größer der Widerstand in der Schaltung ist, desto mehr Wärme wird freigesetzt, wenn Strom durch sie fließt. Durch die Auswahl von Widerständen mit dem gewünschten Widerstand können Sie daher den Stromfluss steuern und Überlastungen oder Schäden an Geräten in der Schaltung vermeiden.
Der Widerstand in den Schaltungen kann entweder fest oder variabel sein. Ein fester Widerstand ist ein Element, dessen Widerstand sich nicht ändert. Der variable Widerstand kann sich je nach Änderung bestimmter Parameter, z. B. Temperatur oder Beleuchtung, ändern.
Der Widerstand in einer elektrischen Schaltung ist das Hauptmerkmal, das das Verhalten eines Stroms in einer Schaltung bestimmt, und seine Bestimmung und Kontrolle ist eine wichtige Aufgabe im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik.
Definition
In einem elektrischen Stromkreis, der aus Widerständen besteht, wird der Widerstand nach dem ohmschen Gesetz berechnet, das die direkte Proportionalität zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand festlegt.
Der Widerstand eines Widerstands kann konstant sein (z. B. Kohlenstoff, Metallschichten) oder sich in Abhängigkeit von anderen Parametern (z. B. Temperaturen) ändern (z. B. Halbleiter).
Es ist wichtig, den Schaltungswiderstand in Widerständen zu kennen, damit die Schaltung richtig konstruiert, der Strom berechnet und geeignete Komponenten ausgewählt werden können.
Die Formel zur Berechnung des Widerstands
Der Widerstand eines elektrischen Stromkreises in Widerständen kann unter Verwendung des ohmschen Gesetzes berechnet werden. Das ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke I, die durch die Schaltung fließt, direkt proportional zur Spannung U an den Enden der Schaltung ist und umgekehrt proportional zum Widerstand R dieser Schaltung ist.
Diese Abhängigkeit wird als Formel formalisiert:
- U - die Spannung an den Enden des Stromkreises, gemessen in Volt (V);
- I ist die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt, gemessen in Ampere (A);
- R ist der Schaltungswiderstand, gemessen in Ohm (Ω).
Daher kann der Widerstand R berechnet werden, wenn die Spannung U und die Stromstärke I bekannt sind:
Der U/I-Ausdruck in dieser Formel ist das Verhältnis von Spannung zu Stromstärke und wird als elektrischer Widerstand der Schaltung bezeichnet.
Auswirkungen des Widerstands auf den Stromkreis
Der Widerstand spielt eine wichtige Rolle in einem elektrischen Stromkreis und beeinflusst viele seiner Eigenschaften. Der mit dem Symbol R bezeichnete Widerstand bestimmt, wie leicht oder schwer ein elektrischer Strom durch einen Stromkreis fließen kann.
Wenn einem Stromkreis ein Widerstand mit einem bestimmten Widerstand hinzugefügt wird, ändert sich die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt. Ein großer Widerstand begrenzt den Strom, während ein kleiner Widerstand den Strom frei fließen lässt.
Der Einfluss des Widerstands manifestiert sich auch in Form eines Anstiegs der Temperatur des Widerstands, wenn Strom durch ihn fließt. Dieses Phänomen wird als Heizung bezeichnet. Wenn ein Widerstand erhitzt wird, kann sich sein Widerstand ändern, was zu einer Änderung des Stromkreises führen kann.
Darüber hinaus kann der Widerstand den Spannungsabfall in der Schaltung beeinflussen. Nach dem ohmschen Gesetz ist der Spannungsabfall U am Widerstand mit der Stromstärke I und dem Widerstand R durch das folgende Verhältnis verbunden: U = I * R. Daher kann eine Änderung des Widerstands zu einer Änderung des Spannungsabfalls führen.
Im Allgemeinen ist der Widerstand ein wichtiger Parameter eines elektrischen Stromkreises und seine Änderung kann seinen Betrieb und seine Eigenschaften beeinflussen. Das Verständnis der Auswirkungen des Widerstands hilft Ingenieuren und Elektrikern, elektrische Schaltungen zu entwerfen und zu analysieren, um sicherzustellen, dass sie optimal funktionieren.
Berechnung des Gesamtwiderstands in parallelen und seriellen Widerständen
Es können mehrere Widerstände in einem elektrischen Stromkreis vorhanden sein, und die gegenseitige Verbindung muss berücksichtigt werden, um den Gesamtwiderstand eines Stromkreises zu berechnen.
In parallelen Widerständen wird der Strom zwischen ihnen verteilt. Der Gesamtwiderstand von Parallelwiderständen kann anhand der Formel berechnet werden:
wobei R1, R2, . Rn - widerstände von parallelen Widerständen.
In aufeinanderfolgenden Widerständen fließt der Strom in Reihe durch sie. Der Gesamtwiderstand von aufeinanderfolgenden Widerständen kann anhand der Formel berechnet werden:
wobei R1, R2, . Rn - widerstände von aufeinanderfolgenden Widerständen.
Die Bestimmung der Art der Verbindung von Widerständen in einem elektrischen Stromkreis ermöglicht es, den Gesamtwiderstand zu berechnen und somit das Verhalten des Stroms im Stromkreis zu bestimmen.
Parallele Widerstände
Bei einer parallelen Verbindung werden die Widerstände jedes Widerstands addiert, wodurch der Gesamtwiderstand der Schaltung reduziert wird. Je mehr Widerstände parallel verbunden sind, desto geringer ist der Gesamtwiderstand.
Sie können die folgende Formel verwenden, um den Gesamtwiderstand von Parallelwiderständen zu berechnen:
- Rallgemein - gesamtwiderstand von parallelen Widerständen
- R1, R2, . Rn - die Widerstände jedes Widerstands in einer parallelen Schaltung
Der resultierende Gesamtwiderstandswert kann verwendet werden, um den Strom oder die Spannung in einer Parallelschaltung mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes zu berechnen.
Die folgende Tabelle enthält Beispiele für parallele Widerstände mit den angegebenen Widerstandswerten:
| Widerstand | Widerstand (Ohm) |
|---|---|
| R1 | 10 |
| R2 | 20 |
| R3 | 30 |
| R4 | 40 |
Sie können die Formel verwenden, um den Gesamtwiderstand einer Schaltung mit diesen Widerständen zu berechnen:
1 / Rallgemein = 1 / 10 + 1 / 20 + 1 / 30 + 1 / 40
Indem wir die Werte ersetzen und die Berechnungen durchführen:
1 / Rallgemein = 0.1 + 0.05 + 0.03333 + 0.025
1 / Rallgemein = 0.20833
Rallgemein = 1 / 0.20833 = 4.8 Ohm
Daher beträgt der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4 4.8 Ohm.
Serielle Widerstände
Nehmen wir an, wir haben zwei in Reihe geschaltete Widerstände mit den Widerständen R1 und R2. Der in diesem Stromkreis fließende Strom ist für beide Widerstände gleich und wird als I. An den zweiten Widerstand fließt Strom, der durch den ersten Widerstand fließt. Der Widerstand des ersten Widerstands (R1) bestimmt den Wert dieses Stroms. Dieser Strom fließt dann durch einen zweiten Widerstand (R2).
Der Gesamtwiderstand der Schaltung (R) in der seriellen Verbindung von Widerständen kann anhand der Formel berechnet werden:
R = R1 + R2
Wobei R der Gesamtwiderstand ist, R1 der Widerstand des ersten Widerstands, R2 der Widerstand des zweiten Widerstands.
Diese Formel kann auf eine Schaltung mit einer beliebigen Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen ausgedehnt werden. Falten Sie einfach die Widerstände jedes Widerstands zusammen, um den Gesamtwiderstand der Schaltung zu erhalten.
Serielle Widerstände werden häufig in elektrischen Schaltungen verwendet, um den gewünschten Widerstand zu erzeugen. Sie ermöglichen es, das erforderliche Widerstandsniveau zu erreichen, indem mehrere Widerstände kombiniert werden.
Berechnung des äquivalenten Widerstands in komplexen Schaltungen
In komplexen elektrischen Schaltungen, die aus mehreren Widerständen bestehen, kann der Begriff des äquivalenten Widerstands verwendet werden, um die Analyse und Berechnung des Widerstands einer gesamten Schaltung zu vereinfachen. Ein äquivalenter Widerstand ist ein allgemeiner Widerstand, der die gleiche Wirkung auf die Schaltung hat wie alle Widerstände zusammen.
Die Berechnung des äquivalenten Widerstands in komplexen Schaltungen kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden, z. B. der Widerstandsersatzmethode und der seriellen und parallelen Verbindungsmethode.
Die Methode zum Ersetzen von Widerständen basiert darauf, einen komplexen Widerstandskreis durch einen äquivalenten Widerstand zu ersetzen, der den gleichen Widerstand wie der gesamte ursprüngliche Stromkreis aufweist. Dazu können Sie eine Formel verwenden, um den äquivalenten Widerstand entsprechend dem Verbindungstyp der Widerstände in der Schaltung zu berechnen – entweder seriell oder parallel.
Die serielle Verbindungsmethode wird verwendet, wenn nur in Reihe geschaltete Widerstände vorhanden sind. In diesem Fall kann der äquivalente Widerstand wie folgt berechnet werden:
| Verbindungstyp | Formel |
|---|---|
| Reihenschaltung | Req = R1 + R2 + . + Rn |
Die Parallelverbindungsmethode wird verwendet, wenn nur parallel geschaltete Widerstände vorhanden sind. In diesem Fall kann der äquivalente Widerstand als Umkehrwert für die Summe der Rückwiderstände jedes Widerstands berechnet werden:
| Verbindungstyp | Formel |
|---|---|
| Parallelschaltung | 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + . + 1/Rn |
Mit diesen Methoden und Formeln können Sie den äquivalenten Widerstand in komplexen Schaltungen berechnen, wodurch die Analyse und das Verständnis der Schaltungsfunktion vereinfacht und die optimale Lösung für die Auswahl von Widerständen bei der Gestaltung einer elektrischen Schaltung gefunden wird.
Berechnungsmethode
Es gibt mehrere Methoden, um den Widerstand eines elektrischen Stromkreises zu berechnen, der aus Widerständen besteht.
Die erste Methode basierend auf dem ohmschen Gesetz, das besagt, dass der Widerstand einer Schaltung gleich dem Verhältnis der Spannung an der Schaltung zu dem Strom ist, der durch sie fließt: R = U/I. Dabei kann der Schaltungswiderstand anhand der in Volt gemessenen Spannungswerte und des in Ampere gemessenen Stroms berechnet werden.
Die zweite Methode es basiert auf der Verwendung des Ohmschen Gesetzes in einer komplexen Form, die die Phasenverschiebungen zwischen Spannung und Strom berücksichtigt. In diesem Fall wird der Widerstand der Schaltung als eine komplexe Zahl dargestellt, die aus aktiven und reaktiven Komponenten besteht. Um den Widerstand bei dieser Methode zu berechnen, müssen Sie Informationen über die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom haben.
Die dritte Methode basiert auf der Verwendung des ohmschen Gesetzes in differentieller Form, das den Widerstand an einen Potenzialgradienten entlang des Leiters bindet: R = rho * (l / S), wo rho - spezifischer Widerstand des Leitermaterials, l - länge des Leiters, S - sein Querschnitt. Bei dieser Methode wird der Widerstand basierend auf den geometrischen Parametern der Leiter berechnet.
