Das ohmsche Gesetz dient zur Berechnung des Verhältnisses zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem Stromkreis.
Für Studenten im Fach Elektronik hat das ohmsche Gesetz (U = I x R) eine ähnlich grundlegende Bedeutung wie Einsteins Relativitätsgleichung (E = m x c²) für Physiker.
U = I x R
In Wörtern ausgedrückt bedeutet dies Spannung = Strom x Widerstand bzw. Volt = Ampere x Ohm bzw. V = A x Ω.
Das nach dem deutschen Physiker Georg Ohm (1789 bis 1854) benannte ohmsche Gesetz enthält die Hauptgrößen in Stromkreisen:
| Größe | Symbol im ohmschen Gesetz | Maßeinheit (Abkürzung) | Bedeutung in Stromkreisen | Zur Erläuterung: |
|---|---|---|---|---|
| Spannung | U | Volt (V) | Druck, der den Elektronenfluss auslöst | E = elektromotorische Kraft (überholter Begriff) |
| Strom | I | Ampere (A) | Geschwindigkeit des Elektronenflusses | I = Intensität |
| Widerstand | R | Ohm (Ω) | Setzt dem Elektronenfluss einen Widerstand entgegen | Ω = griechischer Buchstabe Omega |
Sind zwei dieser Werte bekannt, kann die Gleichung des ohmsche Gesetzes umgestellt werden, um den dritten Wert zu berechnen. Ändern Sie die Pyramide einfach wie folgt:
Wenn Sie die Spannung (U) und den Strom (I) kennen und wissen möchten, wie groß der Widerstand (R) ist, streichen Sie R aus der Pyramide heraus, und berechnen Sie die verbliebene Gleichung (siehe die erste Pyramide ganz links oben).
Hinweis: Der Widerstand kann bei einem in Betrieb befindlichen Stromkreis nicht gemessen werden. Daher ist das ohmsche Gesetz zur Widerstandsberechnung besonders hilfreich. Ohne den Stromkreis zur Messung des Widerstands abzuschalten, kann ein Techniker mithilfe der oben vorgenommenen Änderung des ohmschen Gesetzes den Wert für R berechnen.
Wenn Sie die Spannung (U) und den Widerstand (R) kennen und wissen möchten, welcher Strom (I) fließt, streichen Sie das I heraus, und berechnen Sie den Wert mithilfe der restlichen zwei Symbole (siehe die mittlere Pyramide oben).
Und wenn Sie den Strom (I) und den Widerstand (A) kennen und die Spannung (U) berechnen möchten, multiplizieren Sie die unteren Hälften der Pyramide (siehe die dritte Pyramide ganz oben rechts).
Führen Sie anhand einer einfachen Reihenschaltung, die lediglich eine Spannungsquelle (Batterie) und einen Widerstand (Lampe) enthält, einige Beispielberechnungen durch. Bei jedem Beispiel sind zwei Werte bekannt. Berechnen Sie mit dem ohmschen Gesetz den dritten Wert.
Beispiel 1: Spannung (U) und Widerstand (R) sind bekannt.
Wie hoch ist der Strom im Stromkreis?
I = U/R = 12 V/6 Ω = 2 A
Beispiel 2: Spannung (U) und Strom (I) sind bekannt.
Wie hoch ist der Widerstand, den die Lampe bildet?
R = U/I = 24 V/6 A = 4 Ω
Beispiel 3: Strom (I) und Widerstand (A) sind bekannt. Wie hoch ist die Spannung?
Wie hoch ist die Spannung im Stromkreis?
U = I x R = (5 A)(8 Ω) = 40 V
Als Ohm seine Formel im Jahr 1827 veröffentlichte, bestand seine hauptsächliche Feststellung darin, dass die Menge des durch einen Leiter fließenden Stroms direkt proportional zu der am Leiter anliegenden Spannung ist. Anders ausgedrückt wird ein Volt benötigt, um ein Ampere des Stroms durch einen Widerstand von einem Ohm zu drücken.
Mit dem ohmschen Gesetz kann Folgendes überprüft werden:
- statische Werte von Stromkreiskomponenten
- Stromstärkewerte
- Spannungsversorgungen
- Spannungsabfälle
Wenn zum Beispiel mit einem Messgerät ein höherer Strommesswert festgestellt wird, könnte dies bedeuten:
- Der Widerstand hat sich verringert.
- Die Spannung ist angestiegen und hat zu einer Situation mit zu hoher Spannung geführt. Dies könnte auf ein Problem bei der Versorgung oder im Stromkreis hinweisen.
Bei Gleichstromkreisen könnte ein Strommesswert unterhalb des normalen Wertes bedeuten:
- Der Widerstand des Stromkreises hat sich erhöht. Mögliche Ursache: schlechte oder lose Verbindungen, Korrosion und/oder defekte Komponenten.
- Die Spannung ist abgesunken.
Verbraucher in einem Stromkreis ziehen einen elektrischen Strom. Verbraucher können sehr verschiedene Komponenten sein: kleine elektrische Geräte, Computer, Haushaltsgeräte oder große Motoren. An den meisten dieser Komponenten (Verbraucher) befindet sich ein Typenschild oder Aufkleber mit Informationen. Diese Typenschilder enthalten Informationen über die Sicherheitszertifizierung und mehrere Nennwerte.
Techniker entnehmen den Typenschildern an Komponenten Informationen über die Nennwerte von Strom und Spannung. Wenn Techniker bei Überprüfungen feststellen, dass an ihren Digitalmultimetern oder Stromzangen nicht die üblichen Werte angezeigt werden, können sie mit dem ohmschen Gesetz herausfinden, in welchem Teil des Stromkreises Unregelmäßigkeiten auftreten und daraus Rückschlüsse auf die mögliche Ursache des Problems ziehen.
Grundlagenwissen über Stromkreise
Stromkreise bestehen wie die gesamte Materie aus Atomen. Atome bestehen aus subatomaren Partikeln:
- Protonen (mit einer positiven elektrischen Ladung)
- Neutronen (ohne Ladung)
- Elektronen (negativ geladen)
Atome werden durch Anziehungskräfte zwischen dem Atomkern und den Elektronen in der äußeren Schale zusammengehalten. Unter dem Einfluss einer Spannung beginnen die Atome in einem Stromkreis, sich neu zu formieren, und ihre Bestandteile üben ein Anziehungspotenzial aus, das als Potenzialdifferenz bezeichnet wird. Der gegenseitigen Anziehung ausgesetzte lose Atome bewegen sich in Richtung von Protonen und erzeugen einen Elektronenfluss (Strom). Materialien im Stromkreis, die in diesen Elektronenfluss einschränken, werden als Widerstand betrachtet.
Referenz: Digital Multimeter Principles von Glen A. Mazur, American Technical Publishers.