Damit ein elektrischer Strom fließen kann, müssen sich Elektronen in einem elektrischen Leiter bewegen. Wie alle Teilchen reiben sie dabei an der umgebenden Materie und werden dadurch abgebremst. Der elektrische Widerstand, gemessen in Ohm, gibt Auskunft darüber, wie stark die Abbremsung der Elektronen ist und wie groß die Spannung sein muss, damit trotzdem Strom fließt.
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Was sagt die Größe des elektrischen Widerstands aus?
Elektrischer Strom ist die Bewegung von Elektronen, den Trägern einer negativen elektrischen Ladung, durch einen elektrischen Leiter. Die elektrische Spannung (U) treibt die Elektronen an. Je höher diese ist, desto mehr Elektronen werden in einer bestimmten Zeit durch den Leiter geschickt und umso höher ist wiederum die Stromstärke (I).
Aus dem Verhältnis von Spannung zu Stromstärke ergibt sich der elektrische Widerstand (R, von Lat. resistere „widerstehen“). Gemessen wird der Widerstand in der Einheit Ohm (Ω, Omega), benannt nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm (1789 – 1854), der diesen Zusammenhang entdeckte und nachdem das „Ohmsche Gesetz“ R = U / I benannt ist. Ein Ohm ist demnach der Widerstand, den eine Spannung von einem Volt erzeugt, wenn sie einen Strom von einem Ampere durch einen elektrischen Leiter schickt: 1 Ω = 1 V / A.
Auch jedes Bauteil in einem Stromkreis hat einen elektrischen Widerstand, der sich aus seinen Abmessungen und seinem spezifischen Widerstand ρ (Rho), einer Materialkonstanten, ergibt. So gilt für einen elektrischen Leiter Ω = ρ * l / A, wobei l die Länge und A die Querschnittsfläche des Leiters ist. Ist der elektrische Widerstand eines Bauteils bekannt, so lässt sich errechnen, wie groß die Spannung sein muss, um einen Strom einer gewünschten Stärke hindurchfließen zu lassen.
Wie entsteht der elektrische Widerstand?
In einer beliebten Analogie entspricht der Stromfluss durch einen Leiter dem Fluss von Wasser durch ein Wasserrohr. Dabei ist der elektrische Widerstand die Reibungskraft, die dem Fluss des Wassers entgegenwirkt. Je höher der Druck, der das Wasser durch das Rohr treibt, desto stärker die Reibung der einzelnen Wassermoleküle sowohl aneinander als auch am Rohr. Ein Teil der Bewegungsenergie des Wassers geht also durch Reibung und damit die Erwärmung von Wasser und Rohr verloren.
Ganz ähnlich verhält es sich beim Strom: Die Elektronen werden von der Spannung im Leiter bewegt. Je höher die Spannung, umso mehr Elektronen bewegen sich gleichzeitig durch den Leiter und umso höher die Wahrscheinlichkeit, dass diese Elektronen miteinander und mit den Atomen des Leiters kollidieren. Bei jeder Kollision geben die Elektronen einen Teil ihrer Bewegungsenergie, also der transportierten elektrischen Energie, an das Teilchen ab, mit dem sie kollidiert sind. Je höher also die Spannung, desto höher ist der Energieverlust durch Abwärme und damit der Widerstand des Leiters.
Entsprechend gilt für viele elektrisch leitfähige Materialien, etwa für Metalle, dass mit steigender Temperatur auch der elektrische Widerstand steigt. Diese Materialien werden daher als „Kaltleiter“ bezeichnet. In den sogenannten „Heißleitern“ sinkt der Widerstand hingegen mit steigender Temperatur, weil dadurch zusätzliche Elektronen aus dem Material des Leiters herausgelöst werden. Diese werden ebenfalls von der Spannung beschleunigt und sind damit Teil des elektrischen Stroms.
Zu diesen Heißleitern gehören zum Beispiel die Halbleiter, aus denen auch Solarzellen bestehen. In einer Solarzelle regt die Energie des einfallenden Sonnenlichts Elektronen an, sodass ein Strom fließen kann. Der elektrische Widerstand hilft hier dabei, den Stromfluss zu steuern. Weil bei Solaranlagen alle Prozesse von der Umwelt abgetrennt sind, ist diese Technologie zudem klimaneutral und frei von Tierleid. Daher stammt auch der Strom von Vegan Strom aus Solarenergie, ergänzt durch die ebenso vegane Geothermie und Gezeitenkraft. So musst Du auch beim Strom keine Kompromisse eingehen.
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