Widerstand und Widerstand in der hydraulischen Analogie
Der Widerstand ist eine Eigenschaft eines Materials oder Bauteils, die den Fluss von elektrischem Strom durch dieses Material oder Bauteil behindert. Gemessen wird der Widerstand in Ohm und durch das Symbol „Ω“ dargestellt. Widerstand entsteht durch die Wechselwirkungen zwischen Elektronen und den Atomen oder Molekülen, aus denen das Material besteht. Wenn ein elektrischer Strom durch ein Material fließt, stoßen die Elektronen mit diesen Atomen oder Molekülen zusammen, was dazu führt, dass die Elektronen Energie verlieren und der Stromfluss reduziert wird. Der Widerstand eines Materials hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich seiner Länge, Querschnittsfläche und der spezifischen Widerstandsfähigkeit des Materials, welche ein Maß dafür ist, wie stark das Material den Stromfluss behindert. Einige Materialien, wie Metalle, haben einen geringen Widerstand und sind gute Stromleiter, während andere Materialien, wie Gummi oder Glas, einen hohen Widerstand aufweisen und Isolatoren sind.
Widerstand – Hydraulische Analogie
Die hydraulische Analogie, auch bekannt als Elektro-Fluid-Analogie, ist eine weit verbreitete Analogie zwischen Hydraulik und Elektrizität, die ein nützliches Werkzeug für die Lehre und für diejenigen ist, die Schwierigkeiten haben, die Funktionsweise von Schaltkreisen zu verstehen. Sie kann auch auf Wärmetransferprobleme angewendet werden. Da der elektrische Strom unsichtbar ist und die Prozesse in der Elektronik oft schwer zu demonstrieren sind, werden die verschiedenen elektronischen Komponenten durch hydraulische Äquivalente dargestellt.
Die Beziehung zwischen Spannung und Strom wird (bei ohmschen Geräten wie Widerständen) durch das Ohmsche Gesetz definiert. Das Ohmsche Gesetz ist analog zur Hagen-Poiseuille-Gleichung, da beide lineare Modelle sind, die den Fluss und das Potenzial in ihren jeweiligen Systemen in Beziehung setzen. Elektrizität (sowie Wärme) wurde ursprünglich als eine Art Flüssigkeit verstanden, und die Namen bestimmter elektrischer Größen (wie Strom) stammen von hydraulischen Äquivalenten.
Spannung ist wie der Druckunterschied, der das Wasser durch den Schlauch drückt. Sie wird in Volt (V) gemessen. Dieses Modell geht davon aus, dass das Wasser horizontal fließt, so dass die Schwerkraft ignoriert werden kann. Strom ist äquivalent zu einer hydraulischen Volumenflussrate, das heißt, der volumetrischen Menge des fließenden Wassers über die Zeit. Normalerweise gemessen in Ampere (I oder A). Je breiter die Rohrleitung ist, desto mehr Wasser wird durch sie fließen.
Widerstand ist wie der Durchmesser des Rohres oder Hindernisse im Schlauch, die den Wasserfluss verlangsamen. Es wird in Ohm (Ω) gemessen. In der Hydraulik ist der Widerstand mit dem Druckverlustkoeffizienten verbunden. Widerstände sind vergleichbar mit einem Abschnitt des Rohrnetzwerks, in dem der Radius des Rohrs verengt ist, was die Fließrate der Flüssigkeit in diesem Bereich einschränkt, genauso wie ein Widerstand den Strom begrenzt.
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