Theorie des Ohmschen Gesetzes
Das Ohmsche Gesetz ist ein grundlegendes Prinzip der Elektrotechnik, das die Beziehung zwischen elektrischem Strom, Spannung und Widerstand beschreibt. Das Gesetz besagt, dass der Strom, der durch einen Leiter zwischen zwei Punkten fließt, direkt proportional zur Spannung über den beiden Punkten und umgekehrt proportional zum Widerstand zwischen ihnen ist. Mathematisch lässt sich das Ohmsche Gesetz als \(I = \frac{V}{R}\) ausdrücken, wobei \(I\) der Strom in Ampere, \(V\) die Spannung in Volt und \(R\) der Widerstand in Ohm ist.
Anders ausgedrückt: Wenn die Spannung an einem Leiter erhöht wird, steigt auch der Stromfluss durch ihn, sofern der Widerstand konstant bleibt. Wird der Widerstand erhöht, verringert sich der Strom für eine gegebene Spannung. Das Ohmsche Gesetz ist nützlich für das Design und die Analyse elektrischer Schaltungen und ist eines der grundlegenden Gesetze in der Elektrotechnik.
Verhalten von Elektronen und Ohmsches Gesetz
Auf mikroskopischer Ebene lässt sich das Ohmsche Gesetz durch das Verhalten von Elektronen in einem Leiter erklären. In einem Leiter, wie beispielsweise einem Metalldraht, gibt es freie Elektronen, die sich durch das Material bewegen können. Diese Elektronen kollidieren mit den Atomen des Leiters, was einen Widerstand gegen ihre Bewegung erzeugt. Der Widerstand eines Leiters hängt mit der Anzahl der Kollisionen zusammen, die auftreten, wenn Elektronen sich durch ihn bewegen.
Wird eine Spannung über einen Leiter angelegt, entsteht ein elektrisches Feld, das die freien Elektronen dazu bringt, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Die Elektronen erfahren eine Kraft durch dieses elektrische Feld, die sie beschleunigt und durch den Leiter bewegt. Die Elektronen bewegen sich jedoch nicht in einer geraden Linie, sondern führen eine zufällige Bewegung aufgrund von Kollisionen mit den Atomen des Leiters durch, wobei Energie verloren geht und in zufällige Richtungen gestreut wird. Dies erzeugt einen Widerstand gegen den Fluss der Elektronen und führt dazu, dass ein Teil der Energie des elektrischen Feldes in Wärme umgewandelt wird.
Driftgeschwindigkeit der Elektronen
