Physik, 8. Klasse

Elektrischer Widerstand

Kostenlose Arbeitsblätter und Übungen als PDF zum Thema "Elektrischer Widerstand" für Physik in der 8. Klasse am Gymnasium - mit Lösungen!

Was ist Widerstand?

Jedes elektrische Gerät hemmt den Elektronenstrom. Diese Eigenschaft nennt man elektrischer Widerstand R. Dieser wird in der Einheit Ohm Ω angegeben.

Wie misst man den Widerstand?

Um den Widerstand eines elektrischen Gerätes zu bestimmen, benutzt man ein Vielfachmessgerät. Bei diesem kann man den Messbereich „Ohm“ eingestellt werden. Das Elektrogerät ist zur Messung des Widerstandes nicht in einen Stromkreis eingebaut, sondern wird direkt mit dem Messgerät verbunden.

Was besagt das Ohm‘sche Gesetz?

Das Ohm‘sche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand. Es gilt: Je größer die Spannung U, desto größer die Stromstärke I und je größer der Widerstand R, desto kleiner I.
Diesen Zusammenhang stellt man mit dem Ohm‘schen Gesetz dar: R=U/I

Man kann den Widerstand also bestimmen, wenn man zusammengehörige Werte von Spannung und Stromstärke misst. In einem U-I-Diagramm kann man anhand einer konstanten Steigung erkennen, dass sich auch der Widerstand eines Bauelements nicht ändert. Dies nennt man Widerstandskennlinie.

Erhöht man die Spannung an Drähten aus verschiedenen leitenden Materialien, nimmt die Stromstärke zu und der Draht erwärmt sich. Meistens steigt dabei auch der Widerstand.

Beispiele für verschiedene Widerstandskennlinien:

Warum steigen Temperatur und Widerstand bei erhöhter Spannung im Draht?

Größere Spannung bedeutet auch, dass die freien Elektronen im Draht eine höhere potentielle Energie besitzen. Damit nimmt auch ihre mittlere kinetische Energie zu, sie strömen schneller durch den Draht, die Stromstärke steigt. Außerdem geben die Elektronen bei Stößen mit den Atomen des Drahtes mehr Energie ab, was diese stärker schwingen lässt. Durch dieses hin und her schwingen steigt die Temperatur des Drahtes. Aber auch die Anzahl der Stöße mit den Elektronen erhöht sich, weshalb die freien Elektronen auf ihrem Weg durch den Draht behindert werden. Der Widerstand im Draht steigt.

Wie kann man einen konstanten Widerstand erreichen?

Benötigt man für die Technik einen konstanten Widerstand, obwohl Spannung und Stromstärke verändert werden, so kann man dies zum Beispiel durch verhindern einer Temperaturzunahme erreichen.

Bei konstanter Temperatur ist auch der Widerstand eines Leiters konstant.

Welche Arten von Widerständen gibt es?

Name des Widerstands	Beschreibung
Festwiderstände	Bauteile haben einen konstanten Widerstandswert. Sie bestehen aus einem Keramikzylinder, der mit Graphit oder Metall spiralförmig überzogen ist. Anhand von farbigen Ringen lässt sich der Widerstandswert bestimmen.
Fotowiderstände	Je mehr Licht auf einen Fotowiderstand fällt, desto kleiner wird der Widerstandswert, und desto besser leitet er elektrischen Strom. Solche Widerstände werden oft als Sensoren in Lichtschranken verwendet.
Kaltleiterwiderstände	Der Widerstandswert von Kaltleiterwiderständen nimmt mit steigender Temperatur zu. Sie leiten Strom also bei niedrigen Temperaturen besser. Sie können Geräte vor Überhitzung schützen.
Heißleiterwiderstände	Der Widerstandswert von Heißleiterwiderständen nimmt mit steigender Temperatur ab. Sie leiten Strom also bei hohen Temperaturen besser. Sie werden zum Beispiel benutzt, um die Kühlwassertemperatur im Auto oder die Temperatur in der Waschmaschine zu messen.

Welche Gesetze gibt es bei Reihenschaltungen?

Spannung	Die Summe der Einzelspannungen an den Bauteilen ist gleich der Spannung an der Energiequelle	U=U1+U2
Stromstärke	Die Stromstärke ist überall im Stromkreis gleich groß	I=I1=I2
Widerstand	Der Gesamtwiderstand ist gleich der Summe der Einzelwiderstände	Rges=R1+R2

Welche Gesetze gibt es bei Parallelschaltungen?

Spannung	Die Spannung ist überall im Stromkreis gleich groß	U=U1=U2
Stromstärke	Die Summe der Einzelstromstärken in den Bauteilen ist gleich der Gesamtstromstärke	Iges=I1+I2
Widerstand	Der Kehrwert des Gesamtwiderstands ist gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände	1/Rges =1/R1 +1/R2

Lernziele:

Widerstandskennlinien interpretieren und erstellen können
Formel für das Ohm‘sche Gesetz kennen
Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstand kennen
Beispiele für verschiedene Widerstandsarten nennen und erklären
Formeln für Reihen- und Parallelschaltungen verwenden, um Spannung, Stromstärke und Widerstand in verschiedenen Schaltungen zu berechnen