Elektrischer Widerstand, ohmsches Gesetz, Aufbau von Widerständen und Farbcode

Nachdem im ersten Teil der Elektronik-Tutorials von mg-spots.de der Atomaufbau und seine Bestandteile besprochen und erklärt wurde, geht es in diesem Beitrag etwas näher in die Materie. Zunächst werden dabei die Ohmschen Widerstände in ihren Eigenschaften, Aufbau, Norman und Farbcodes näher betrachtet.

Der Begründer von Ohm ist Georg Simon Ohm aus Erlangen. Ihm gelang es 1826 gelang ihm der Nachweis, dass der Strom in einem Leiter proportional der angelegten Spannung ist.

Ohmsches Gesetz

Nachdem Georg Simon Ohm der Nachweis von Strom zu Spannung gelang, ging das „Ohmsche Gesetz“ noch zu seinen Lebzeiten als einer der wichtigsten elektrotechnischen Zusammenhänge in die Geschichte ein. Dieses beschreibt die Zusammenhänge zwischen Spannung, Strom und Widerstand. Es ist auch bekannt unter URI (U=R*I) und läuft einem ständig in der Elektrotechnik über den Weg.

Gut merken kann man sich dieses Gesetzt vor allem durch das Dreieck und wenn man sich URI vorstellt. U=R*I, I=U:R oder R=U:I (R=Widerstand in O, U=Spannung in V und I=Strom in A)

Ohmsche Widerstände

Alle Widerstände, die nach diesem Gesetz berechnet werden, nennen sich Ohmsche Widerstände. Es gibt jedoch auch Widerstände, die nicht nach diesem Gesetz berechnet werden. Dazu zählen Spulen, Kondensatoren und Halbleiter.

Wie bereits oben erwähnt, verhält sich der Strom zur Spannung proportional. An einem Beispiel einer Glühlampe wird jedoch deutlich, dass es nicht immer eindeutig proportional verläuft.

Aufbau der Widerstände

In der Regel werden in der Elektrotechnik Kohleschicht-Widerstände verwendet. Diese sind aus einem kleinen Keramikkörper auf dieser wird eine kleine Widerstandsschicht aufgebracht. Bei höheren Widerständen werden diese wendelförmig aufgebracht (Widerstandsbahn). Am Ende wird der Keramikkörper noch mit einem Lack versehen und erhält einen genormten Farbcode.

Ein Widerstand kann jedoch statt aus einer Kohleschicht aus einer Metallschicht bestehen. Diese sind etwas teurer, dafür aber in der Elektrotechnik für professionelle Einsätze eher geeignet. Auch die Leistung der Widerstände ist abhängig von deren Bauform. So können die hier genannten Widerstände lediglich bis maximal 2 Watt Leistung genutzt werden. Für höhere Leistungen werden also Widerstände in anderen Bauformen benötigt. Diese nennt man dann auch Hochleistungswiderstände und können aufgebaut sein wie ein kleiner Kasten.

Die Kohleschicht-Widerstände und Hochleistungswiderstände sind in ihrem Ohmschen Widerstand allerdings an einen festen Wert gebunden. Möchte man jedoch einen Widerstand haben, bei dem der Widerstandswert verändert werden kann, so muss auf ein Potenziometer zurückgegriffen werden. Diese gibt es als Schiebe- und Drehpotenziometer.

Farbcode von Widerständen

Damit der Widerstandswert ohne Messen von einem Widerstand bekannt werden kann, hat man sich auf einen internationalen Farbcode geeignet. Widerstände können sehr klein sein. Ein Aufdruck des Wertes wäre somit kaum bis gar nicht lesbar. Ein Farbcode vereinfacht dieses.

Der Farbcode muss jedoch entschlüsselt werden. Widerstände können dabei 3 – 6 Farbringe enthalten. Damit keine Verwechslung der Farbringe stattfindet, wurde zwischen dem 3. Und 4. Farbring ein größerer Abstand gelassen.

Ein Beispiel soll das Lesen des Farbcodes von links nach rechts verdeutlichen und wie dieser berechnet wird. Es wird von einem Widerstand mit den Farbringen (von links nach rechts) mit rot, violett, gelb und gold ausgegangen. Der erste Ring gibt die erste Ziffer an und der zweite Ring die zweite Ziffer. Rot steht somit für 2 und Violett steht hier für 7. Somit erhalten wir den Wert 27. Der dritte Ring bildet den Multiplikator. In diesem Fall wäre Gelb also 10.000 und somit wären wir bei der Formel 27*10.000 und würden einen Wert von 270.000 Ohm oder auch 270 kOhm erhalten.

Der vierte Ring gibt nun noch die Toleranz an. Jeder Widerstand kann Abweichungen haben. Dies ist absolut natürlich, jedoch unterscheidet sich dies von Widerstand zu Widerstand. Je nachdem wie hoch die Abweichung sein darf, muss der passende Widerstand gewählt werden. In diesem Fall ist Gold für eine Toleranz von +/- 5%. Der Widerstand kann somit einen minimalen Wert von 256,5 kOhm und einen maximalen Wert von 283,5 kOhm erreichen.

Sobald ein Widerstand aus 5 oder 6 Ringen besteht, dient der dritte Ring als dritte Ziffer und der vierte Ring als Multiplikator. Der fünfte Ring steht bei Kohleschichtwiderständen dann für die Betriebsspannung. Bei Metallschicht- und Maßwiderständen ist dieser Ring hingegen für die Toleranz verantwortlich. Der sechste Ring steht dann für den Temperaturkoeffizienten.

Normwerte bei Widerständen

Natürlich ist es aus wirtschaftlichen Gründen uninteressant, beliebige Widerstandswerte herzustellen. Aus diesem Grund wurden Normwerte / Normreihen festgelegt. Gekennzeichnet werden diese Reihen durch den Buchstaben E und einer darauffolgenden zweistelligen bzw. dreistelligen Ziffer. Wikipedia hat dies in einer Wertetabelle sehr gut verdeutlicht.

So gibt die jeweilige Ziffer an, wie viele Zwischenwerte es im einer Bereich, zehner Bereich, hunderter Bereich, tausender Bereich usw. gibt. In der Reihe E12 wären es somit 12 Zwischenwerte.


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