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ohmsches Gesetz

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Das ohmsche Gesetz (Ohmsche Gesetz) beschreibt die Zusammenhänge zwischen dem Spannungsabfall auf einem ohmschen Leiter, der ja einen gewissen Widerstand hat. Und auf Widerständen fällt nunmal eine Spannung ab (ein Verlust), welche vom Widerstand und von der Stromstärke abhängt. Das Verhältnis von Spannungsabfall zu Stromstärke ist proportional, also verhältnisgleich. Doppelte Stromstärke bedeutet also auch doppelter Spannungsabfall. Doch es gibt noch weitere Faktoren, die den Spannungsabfall beeinflussen.

Das Ohmsche Gesetz wurde bereits 1826 von Georg Simon Ohm umfangreich beschrieben. Es beschreibt die Zusammenhänge von Spannung, Strom, Widerstand und Leistung an einem "idealen", also von der Frequenz unabhängigen, und damit ohmschen Widerstand.

Es ist sehr wichtig und hilfreich, das ohmsche Gesetz, also die elektrischen Zusammenhänge von Spannung, Strom, Widerstand und Leistung zu verstehen. Nur dann können Schaltungen auch verstanden werden. Auch die Temperatur ist ein Faktor (von vielen weiteren), welche auf die entsprechenden Werte Einfluss nimmt. Doch was bedeutet eigentlich "ohmscher Leiter" oder "ohmscher Widerstand? Nun, es bedeutet, dass die Gesetze für Spannung, Strom, Widerstand und Leistung von der Frequenz unabhängig sind. Denn neben ohmschen Widerständen (also ohmsche Leiter, Stromleiter, Kabel) gibt es ja auch kapazitive und induktive Widerstände. Ein normales Kabel z.B. hat durchaus auch einen induktiven, und auch einen kapazitiven Widerstandsanteil.

Das ohmsche Gesetz kann auch für nicht ohmsche Widerstände (also nicht ohmsche Leiter) eingesetzt werden. Diese spezielle Thematik soll an dieser Stelle jedoch nicht weiter behandelt werden. Nur so viel; sehr viele ohmsche Leiter haben neben Ihrem ohmschen Widerstand auch einen kapazitiven Widerstand und auch einen induktiven Widerstand.

   
Bild oben: die Zusammenhänge im Ohmschen Gesetz Bild oben: kein Bild Bild oben: kein Bild

Im wesentlichen geht es beim Ohmschen Gesetz um drei sog. Hauptformeln. Freilich können aus zwei Werten weitere berechnet werden.

.....Spannung (Formelzeichen U für lat. ugure, in Volt)  => U = R mal I, also Widerstand mal Strom.

.....Widerstand (Formelzeichen R für engl. Resistor, in Ohm) => R = U/I also Spannung durch Strom.

.....Strom (Formelzeichen I für engl. Intensität, in Ampere) => I = U/R also Spannung durch Widerstand.

Oben im Bild sieht man die Stromquelle, welche ja letztlich auch einen eigenen (Innen)Widerstand hat. Dies alleine ist der Grund, warum eine Stromquelle "in die Knie geht", wenn sie belastet wird. Es fällt schlicht ihre eigene Spannung an ihren eigenen Widerstand ab. Weiter sehen wir die Leitung. Auch auf Ihr fällt eine Spannung ab, eben weil ein Strom fließt, welcher einen Spannungsabfall an dem Widerstand der Leitung verursacht. Rechts der Verbraucher, an dem die Spannung anliegt.

Wie wichtig das Thema "Spannungsabfall" ist, zeigt folgendes Beispiel;

Ein Verbraucher für 12 V DC verursacht angenommen einen Stromfluss von 10 A. Auf einer 1,5 mm2 dicken (bzw. dünnen) Stromleitung von z.B. 10 Meter Länge hat dies einen Spannungsabfall von mehreren Volt zur Folge. Das Verhältnis von Spannungsabfall zu Betriebsspannung ist hier also extrem ungünstig. Von den 12 V kommen vielleicht nur noch 10 oder 9 V am Verbraucher an. Das ist nur noch ca. 75 % der ursprünglichen Spannung.

Anders sieht es aus, wenn ein Verbraucher z.B. für 120 V DC ebenfalls einen Stromfluss von 10A verursacht. Auf der gleichen Leitung fällt dann zwar die gleiche Spannung in Volt ab, jedoch macht sich der aus wenige Volt bestehende Spannungsabfall in Bezug zur Höhe der Spannung der Spannungsquelle ganz erheblich weniger negativ bemerkbar. Von den 120 V kommen dann immer noch 117 Volt beim Verbraucher an.

Das bedeutet; große Leistungen sollten möglichst mit hohen Spannungen übertragen werden, da die Verluste (in Prozent) dann geringer sind. Das alleine ist auch der Grund, warum wir draußen Hochspannungsleitungen haben, mit bis zu 400.000 Volt. Wer kann so eine hohe Spannung gebrauchen? Niemand. Nichtmal Generatoren können eine so hohe Spannung erzeugen. Aber um die Leistung (z.B. eines Kraftwerkes) über lange Entfernungen möglichst verlustfrei übertragen zu können, wird die Spannung mit einem Trafo hochgesetzt, über bis zu tausende von Kilometern transportiert, um sie am Ende wieder mit einem Trafo herunter zu setzen. Das Verfahren ist teuer, aber dennoch effektiver, als z.B. eine 400V Drehstromspannung (Kraftstrom, Stern/Dreieck) über so lange Entfernungen zu transportieren - die Verluste wären unglaublich hoch.

So, weiter möchte ich dieses Thema "Ohmschen Gesetz" hier in den Grundlagen nicht ausführen :-)