Ohmsches Gesetz

Georg Ohm veröffentlichte sein Gesetz im Jahr 1827 und es bleibt die wichtigste Beziehung in der Elektrotechnik. Die Formel V = I × R besagt, dass die Spannung gleich dem Strom multipliziert mit dem Widerstand ist. Wenn Sie den Widerstand verdoppeln und dabei die Spannung konstant halten, sinkt der Strom um die Hälfte. Wenn Sie die Spannung verdoppeln und dabei den Widerstand konstant halten, verdoppelt sich der Strom. Diese proportionale Beziehung bedeutet, dass sich jede Änderung in einem Stromkreis vorhersehbar auf die anderen auswirkt.

Elektriker verwenden diese Beziehung jedes Mal, wenn sie die Größe der Drahtstärken bestimmen. Ein größerer Draht hat einen geringeren Widerstand pro Fuß, was den Spannungsabfall bei langen Kabelstrecken verringert. Ein 20-Ampere-Stromkreis, der mit einem 12-AWG-Draht über 100 Fuß verlegt wird, lässt deutlich weniger Spannung fallen als der gleiche Stromkreis, der mit einem 14-AWG-Draht verlegt wird – ein Unterschied, der für die Motorleistung und die Lichtkonsistenz am anderen Ende von Bedeutung ist. Bastler wenden das Ohmsche Gesetz an, wenn sie den Widerstandswert berechnen, der erforderlich ist, um den Strom durch eine LED zu begrenzen, damit diese nicht sofort durchbrennt, wenn sie an eine 5-Volt-Versorgung angeschlossen wird.

Die Leistungsgleichung P = V × I erweitert das Ohmsche Gesetz auf den Energieverbrauch. In Kombination mit V = IR können Sie die Leistung als P = I² × R oder P = V² / R ausdrücken, wodurch Sie jede der vier elektrischen Größen – Spannung, Strom, Widerstand oder Leistung – aus zwei beliebigen bekannten Werten berechnen können. Aus diesem Grund akzeptiert der Rechner zwei der vier Eingaben und berechnet sofort die verbleibenden zwei gleichzeitig.

HVAC-Techniker diagnostizieren fehlerhafte Heizelemente, indem sie den Widerstand mit einem Multimeter messen und das Ergebnis mit der Nennleistung auf dem Typenschild vergleichen. Ein 240-Volt-5.000-Watt-Element sollte ungefähr 240² ÷ 5.000 = 11,5 Ohm messen. Weicht der Messwert deutlich ab, ist das Element beschädigt und muss ausgetauscht werden. Dieselbe Technik gilt für die Diagnose von elektrischen Warmwasserbereitern, Trocknerheizelementen und elektrischen Fußleistenheizungen. Außer einem einfachen Digitalmultimeter, das in jedem Baumarkt erhältlich ist, ist keine spezielle Testausrüstung erforderlich.

Das Ohmsche Gesetz gilt ausschließlich für ohmsche Lasten – Komponenten, bei denen das Spannungs-Strom-Verhältnis unabhängig von der angelegten Spannung konstant bleibt. Die meisten Metallleiter und Standard-Kohlenstoff- oder Metallschichtwiderstände verhalten sich bei normalen Betriebstemperaturen ohmsch. Komponenten wie Dioden, Transistoren und LEDs haben nichtlineare Spannungs-Strom-Kennlinien: Eine Diode leitet unterhalb ihrer Durchlassspannungsschwelle kaum und lässt den Strom sehr schnell durch, sobald die Schwelle überschritten wird. Das Ohmsche Gesetz allein kann dieses nichtlineare Verhalten nicht genau beschreiben.

Bei Wechselstromkreisen wird der Widerstand durch die Impedanz (Z) ersetzt, die Widerstand und Reaktanz von Induktivitäten und Kondensatoren kombiniert. Die Beziehung V = I × Z gilt immer noch in ihrer Form, aber Z ist eine komplexe Zahl, die mit der Signalfrequenz variiert. Ein Motor oder Transformator verhält sich ganz anders als eine rein ohmsche Last, da sich die induktive Reaktanz mit der Frequenz ändert. Dieser Rechner konzentriert sich auf Gleichstromkreise und Wechselstromkreise mit rein ohmschen Lasten – für induktive oder kapazitive Lasten konsultieren Sie einen Impedanzrechner oder einen Referenztext zur Elektrotechnik.