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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.
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.
Der Mensch verbindet mit dem Wort Elektrizität unsichtbare Kräfte, denen er mit dem entsprechenden Respekt begegnet. Das faszinierende Licht einer Blitzentladung am Himmel gehört zweifelsohne zu den attraktivsten Naturschauspielen. Dennoch veranlasst es uns, Schutz aufzusuchen. Und dies zu Recht, können doch zwischen den Gewitterwolken Spannungen bis zu mehreren einhundert Millionen Volt auftreten, die sich zwischen Himmel und Erde entladen. Die Elektrizität, als Oberbegriff dieses Phänomens, ist das Resultat der sogenannten elektrischen Ladung. Diese erzeugt einen elektrischen Strom, wenn sie sich bewegt. Das elektrische Feld, um das es im Folgenden geht, ist hingegen eine physikalische Zustandsgrösse des Raumes.
WLAN ist nicht immer die beste Lösung für Heimcomputernetzwerke. Wände und Decken blockieren häufig die Funknetze. PowerLAN über Stromleitungen ist eine sinnvolle Alternative. Dieses Netzwerk funktioniert über das Netzkabel und ebnet den Weg für Räume, bei denen WLAN ausfällt oder Netzwerkkabel nicht verlegt werden können. So kannst du dein Heimnetzwerk durch zusätzliche Adapter vergrössern und arbeitest im Sommer nicht im Arbeitszimmer, sondern auf der Terrasse – natürlich, sofern es dort eine Steckdose gibt.
Bei einem Smart Meter handelt es sich um ein intelligentes Stromzählgerät. In deiner Wohnung oder deinem Haus hast du aktuell vermutlich einen Ferraris-Stromzähler. Diese Geräte sind in der Schweiz weit verbreitet. Sie messen den Stromverbrauch analog und werden meist einmal im Jahr abgelesen. Jedoch ist es inzwischen möglich, den Verbrauch auch digital zu messen. Das geht am besten mit einem Smart Meter, das Signale zu deinem Stromverbrauch empfängt und an das gewünschte Endgerät schickt. So kannst du auf deinem Handy in der entsprechenden App Daten zu deinem persönlichen Verbrauch und zum Stromnetz erhalten und daraus zum Beispiel eine Energiestrategie entwickeln.
Solarstromspeicher sind Batterien, die zur Photovoltaikanlage gehören. Sie helfen dabei, bis zu 60 Prozent des selbst erzeugten Stroms später zu nutzen. Auf diese Weise kannst du deinen Eigenverbrauch von Solarstrom besser steuern und unabhängig von der Tageszeit die erneuerbare Energie nutzen. Der Speicher dient dazu, den erzeugten Strom zwischenzulagern, um ihn später zu verbrauchen. Wenn du dich vom Stromnetz unabhängig machen möchtest, ist ein Solarstromspeicher ideal. Noch dazu haben die Geräte eine hohe Lebensdauer und überzeugen mit hochwertigen Akkus. Hier erfährst du mehr über ihre Vor- und Nachteile sowie über die Kosten für die modernen Akkus.
Das USB Kabel ist heute allgegenwärtig. Das Universalkabel wurde entwickelt, um die Datenübertragung bei Computern vereinfachen. Doch inzwischen gibt es so viele unterschiedliche USB Kabel Typen, dass viele den Überblick verlieren. Was es mit USB 2.0, USB 3.0 und dem neuen Typ C Anschluss auf sich hat, beantworten wir die hier ebenso wie alle anderen spannenden Fragen zum Thema.