User manual

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6. Der Widerstand
6.1 Berechnen des Widerstandswertes
Der elektrische Widerstand verringert den elektrischen Stromuss. Diese Eigenschaft ist für elektronische Schaltungen unerlässlich.
Durch ihn kann der Stromuss manipuliert oder eine gewünschte Spannung eingestellt werden. Sie ist also eine gewünschte und benöti-
gte Eigenschaft eines elektronischen Bauteiles, anders als der Name es vermuten lässt. Isolator und Supraleiter sind die Extrembeispiele
für einen elektrischen Widerstand. Der Isolator hat ideell einen unendlich hohen, der Supraleiter keinen Widerstand. Der elektrische
Widerstandswert wird in Ohm (Ω) angegeben. Hat ein Stromkreis keinen Widerstand, wäre der in ihm ießende Strom unendlich hoch,
was nicht möglich ist.
Jeder Stromkreis hat, auch bei Kurzschluss, also dem direkten Ladungsaustausch zwischen Kathode und Anode der Spannungsquelle,
mindestens noch deren Innenwiderstand zu überwinden. Der elektrische Strom lässt sich gut mit einem Wasserstrom durch einen
Leitungsengpass darstellen. Proportional zum Durchmesser des Rohres nimmt auch die Wassermenge ab, die während eines denierten
Zeitfensters hindurchießen kann. Soll trotzdem die gleiche Menge an Wasser (im denierten Zeitfenster) den Engpass im Rohr passieren,
so ist der Druck an der Eingangsseite zu erhöhen. Der Druck ist das Äquivalent zur elektrischen Spannung, der Wasserstromuss zum
elektrischen Strom und der Reibungswiderstand des Wasserrohres zum elektrischen Widerstand. Erhöht sich der Wasserdruck, ießt mehr
Wasser in der gleicher Zeit durch das Rohr.
Der Wasserdruckunterschied zwischen Eingang und Ausgang des Rohres ist analog zu dem Spannungsabfall über einen elektrischen
Widerstand. Die Eigenschaften Spannung (U), Strom (I) und Widerstand (R) stehen in einem strengen Zusammenhang.
Es gilt die Beziehung: Spannung (U) ist gleich dem Produkt aus Strom (I) und Widerstand (R): U=R * I. Ein Stromuss von 0,9A wird
erreicht, wenn bei einem Widerstand von 10Ω eine Spannung von 9V anliegt. In unserer Schaltung sind die Widerstände wesentlich
größer, was bei gleicher Spannung einen um das Vielfache kleineren Stromuss zur Folge hat. (10Ω zu 100.000Ω ergeben 0,9 Ampere zu
0,00009 Ampere bei 9 Volt)
+
-
9V
0,5A
polyfuse
1kΩ
LED
r ed
Wird der Widerstands-Brick von 100kΩ nacheinander durch den 10kΩ Widerstands-Brick bzw. den 1kΩ Widerstandsbrick ersetzt,
verändert sich der Stromuss wie folgt:
100kΩ
I(100kΩ) = = 89,1µA
9V
100kΩ + 1kΩ
I(10kΩ) = = 818µA
9V
10kΩ + 1kΩ
I(1kΩ) = = 4,5mA
9V
1kΩ + 1kΩ
6.2 LDR - Lichtempndlicher Widerstand
Unser LDR-Brick verändert seinen Widerstandswert in Abhängigkeit der Lichtintensität mit der er bestrahlt wird. Er verändert seinen
Widerstand also nicht mechanisch, wie z.B. beim Potentiometer, sondern in Abhängigkeit von einer weiteren elektromagnetischen Größe,
dem Licht.
Wird der LDR-Brick vom Licht bestrahlt, ändert er seinen Widerstandswert zu Gunsten der Leitfähigkeit. Der Widerstandswert wird kleiner
und der Stromuss durch ihn hindurch größer. Sein Widerstandswert erreicht einen sehr hohen Betrag von mehreren 100kΩ bei Dunkel-
heit, hat aber dafür bei Lichteinstrahlung einen sehr niedrigen Wert von wenigen 100Ω. Die Veränderung beträgt ungefähr das Tausend-
fache. In dem folgenden Experiment leuchtet die rote LED nur dann, wenn der LDR im LDR-Brick von Licht bestrahlt wird.
Bei Verdunkelung des LDR erlischt die LED. Der Effekt hat eine kurze Verzögerungszeit.
Der Versuch besteht, wie in untenstehender Abbildung dargestellt, aus einer reinen Serienschaltung von Stromversorgung, LDR-Brick und
LED-Brick.
+
-
9V
0,5A
polyfuse
1kΩ
LED
red
LDR 03