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Der spezifische Widerstand gibt an, welchen Widerstand ein bestimmtes Material einem elektrischen Stromfluss entgegenbringt. Einfach und praxisnah ausgedrückt: Wie gut kann ein Draht aus diesem Material elektrische Energie leiten? Der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist die Leitfähigkeit. Der spezifische Widerstand ist abhängig von der Dichte der Atome und der Anzahl der freien Elektronen in diesem Material. Je geringer der spezifische Widerstand ist, umso schneller können die Elektronen durch dieses Material fliessen. Der spezifische elektrische Widerstand ist eine Materialkonstante, die von der Temperatur beeinflusst wird. Das bedeutet, dass ein bestimmtes Material bei einer bestimmten Temperatur einen bestimmten Widerstandswert hat. Das Formelzeichen ist der griechische Buchstabe Rho (ρ).
Kupfer hat einen spezifischen Widerstand von 0,0171 Ohm mm²/m. Im Vergleich zu anderen Metallen hat Kupfer damit eine sehr hohe Leitfähigkeit: Nur Silber hat mit 0,016 Ohm mm²/m einen geringfügig besseren Leitwert, scheidet aber für die Massenanwendung aufgrund des hohen Preises aus. Bei Aluminium liegt der spezifische Widerstand mit 0,028 Ohm mm²/m deutlich darüber, bei Eisen ist er mit 0,1 Ohm mm²/m um ein Vielfaches schlechter. Deshalb ist Kupfer in der Elektrotechnik und Elektronik das bevorzugte Leitermaterial.
Die Leitfähigkeit eines Drahtes oder Kabels steht in Relation zu seinem Querschnitt (berechnet in Quadratmillimetern) und seiner Länge. Je kürzer und je dicker das Kabel ist, umso geringer ist sein Widerstand. Andererseits kann ein langes und dickes Kabel denselben Widerstand haben wie ein kurzes und dünnes Kabel. Um den Widerstand eines Drahtes oder einer Spule berechnen zu können, muss man also die Querschnittsfläche des Drahtes kennen. Der Querschnitt (A) lässt sich bei einem runden Draht aus dem Durchmesser (d) mit Hilfe der Zahl Pi (π) berechnen:
Der Widerstand eines bestimmten Stoffes ist abhängig von seiner Temperatur. Metalle haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, sie leiten bei niedrigen Temperaturen also besser: Je wärmer das Material ist, umso grösser ist der Widerstand, mit sinkender Temperatur verbessert sich dagegen die Leitfähigkeit. Das liegt in der Physik begründet: In Metallen werden bei niedriger Temperatur mehr Ladungsträger freigesetzt (bei Halbleitern ist es umgekehrt, diese leiten daher bei höheren Temperaturen besser).
Der Faktor, mit dem sich der Widerstand in Abhängigkeit zur Temperatur verändert, ist der Temperaturkoeffizient. Bei reinen Metallen (also nicht bei Legierungen) ist dieser Koeffizient über einen breiten Temperaturbereich weitgehend gleichbleibend. Mit Hilfe des Temperaturkoeffizienten kann der Unterschied der Leitfähigkeit bei einer bestimmten Temperatur in Abweichung zur Leitfähigkeit bei der Referenztemperatur (bei Kupfer beträgt diese 20 Grad Celsius) berechnet werden. Auf dieser Basis kann der Widerstand etwa auch dazu benutzt werden, um die Temperatur zu messen: Widerstandsthermometer nutzen den weitestgehend konstanten Temperaturkoeffizienten von Metallen, um über die Änderung des Widerstands die Temperatur zu messen.
Der spezifische Widerstand ist der Widerstand eines Leiters von einem Meter Länge und einem Quadratmillimeter Querschnitt bei 20 Grad Celsius. Er wird angegeben in Ohm pro Quadratmillimeter geteilt durch Meter (Ohm mm²/m) und beträgt bei Kupfer 0,0171 Ohm mm²/m. Das heisst: Ein Kupferdraht mit einem Quadratmillimeter Durchschnittsfläche (das entspricht einem Durchmesser von etwa 1,12838 Millimeter) und einem Meter Länge hat einen Widerstand von 0,0171 Ohm.
Um den Widerstandswert (R) eines Kabels oder einer Spule zu berechnen, musst du also Durchmesser und Länge des Drahtes berücksichtigen. Diese beiden Werte werden mit der folgenden Formel mit einbezogen:
ρ ist der spezifische Widerstand von Kupfer, der mit 0,0171 immer gleich ist. Daher kann die Formel folgendermassen vereinfacht werden:
In dieser Formel geben die folgenden Zeichen diese Werte wieder:
Die Querschnittsfläche eines Drahtes wird mit Hilfe der Zahl Pi (π) berechnet, die die Relation zwischen dem Durchmesser (d) und der Fläche eines Kreises wiedergibt. Die Formel sieht dann so aus:
Diese Formeln berechnen den Widerstand ohne Berücksichtigung des variablen Faktors Temperatur und nehmen der Einfachheit halber eine Normtemperatur von 20 Grad Celsius an. Um den Widerstand eines Leiters bei einer abweichenden Temperatur zu berechnen, musst du den Temperaturkoeffizienten in die Formel mit einbeziehen.
Andere Länder, andere Sitten – bei einem Urlaub in einem fremden Land ist dir sicher schon einmal aufgefallen, dass die Stromversorgung und die Steckdosentypen oder Steckverbinder sich deutlich von der Norm in deinem Heimatland unterscheiden. So kann es passieren, dass du bei einem Urlaub ausserhalb der Schweiz einen Reiseadapter benötigst. Gleiches müssen natürlich auch deutsche Urlauber beachten, wenn sie einen Urlaub in der Schweiz planen. Weltweit unterscheiden sich nicht nur die einzelnen Steckdosentypen, sondern auch die anliegende Spannung. Entsprechende Informationen über das jeweilige Zielgebiet findest du natürlich im Internet.
Reihenschaltung, Serienschaltung, Parallelschaltung – wenn man nicht gerade Elektriker, Physiker oder Ingenieur ist, kann man bei diesen Begriffen schon einmal durcheinanderkommen. Hier findest du Antworten auf sieben häufige Fragen zu den möglichen Schaltungsarten von Widerständen und Lampen. Dabei lernst du Grundlagen und interessante Zusammenhänge aus dem Bereich der Elektrotechnik und der Elektroinstallation kennen.
Im Industriebereich, aber auch im Auto oder im normalen Haushalt sollte die Nutzung elektrischer Geräte sicher und unbedenklich sein. Dafür gibt es Schmelzsicherungen, die eine Überstromschutzeinrichtung sind und rechtzeitig reagieren, wenn die Stromstärke überschritten wird. Dafür müssen sie ein geeignetes Schaltvermögen haben, damit sie bei ihrer Funktion nicht selbst zerstört werden. Schmelzsicherungen werden immer direkt in den Stromkreis eingebaut und verhindern dann eventuelle Schäden bei einer Überbelastung.
Im Unterschied zum klassischen Ausschalter verfügt der Dämmerungsschalter über die Fähigkeit, Lampen bei einer festgelegten Helligkeit ein- oder auszuschalten. Insbesondere bei Aussenleuchten ist eine Dämmerungsschaltung somit eine gute Alternative zum Bewegungsmelder oder zur Zeitschaltuhr. Mit einem Dämmerungsschalter kannst du beispielsweise zur Abenddämmerung die Aussenbeleuchtung automatisch einschalten. Sie schaltet sich dann in der Morgendämmerung automatisch wieder aus. Ein Sensor misst die Helligkeit und aktiviert die Strahler oder Lampen. Diese Technik eignet sich für eine vielfältige Nutzung und kann relativ einfach installiert werden. Im Folgenden erhältst du mehr Informationen über Dämmerungsschaltungen, ihre Einsatzbereiche und ihre Montage.
Schwachstromanlagen eignen sich besonders für Elektro-Installationen im Bereich Kommunikation und Sicherheit: Gegensprechanlagen lassen sich damit ebenso realisieren wie Sicherheitssysteme und Antennen für TV- und Radioempfang. Da die dabei verwendeten Spannungen so gering sind, dass sie für Menschen völlig ungefährlich sind, sind die gesetzlichen Vorschriften für die Sicherheit dieser Anlagen deutlich herabgesetzt. Dennoch gibt es bestimmte Regelungen, die eingehalten werden müssen.
Einen simplen Lichtschalter anzuschliessen, gehört zu den einfacheren Aufgaben unter den Elektroinstallationen. Selbst, wenn du noch nie einen Lichtschalter anschliessen musstest, ist auch eine Serienschaltung oder Wechselschaltung im Nu erledigt, wenn du einer Anleitung folgst. Aber bist du dir bei der Arbeit unsicher oder traust du deinen Fähigkeiten im Bereich Elektrik nicht, dann ist es immer eine gute Idee, einen Fachmann damit zu beauftragen. Das kann auch dann erforderlich werden, wenn komplizierte Schalter zu installieren sind, wenn die aus der Wand ragenden Drähte zu kurz sind oder ein ganzes Bündel von Kabeln ohne ersichtliche Zuordnung vorhanden ist.