Das ohmsche Gesetz – die beliebtesten Themen
Wer war Georg Simon Ohm?
Georg Simon Ohm war ein deutscher Physiker, der von 1789 bis 1854 lebte. Sein Hauptinteresse als Physiker galt der Erforschung der Elektrizität.
Im Jahr 1826 entdeckte Georg Simon Ohm das ohmsche Gesetz und den Ohmschen Widerstand. Heutzutage leuchtet uns die Proportionalität zwischen Stromstärke und Spannung sofort ein, die durch das ohmsche Gesetz beschrieben wird. Denn wenn wir die Spannung an einem Leiter erhöhen, dann scheint es logisch für uns, dass auch die Stromstärke steigt, also die Anzahl der Elektronen, die pro Zeiteinheit durch den Leiter fließen.
Damals war allerdings das physikalische Verständnis der Elektrizität noch nicht so weit vorangeschritten (das Elektron war zum Beispiel noch nicht entdeckt) und alle Spannungs- und Strommessgeräte waren viel weniger exakt als heute. Das erschwerte den Nachweis des ohmschen Gesetzes erheblich, was Georg Simon Ohm nur gelang, indem er eigene Instrumente entwickelte.
Nicht nur das ohmsche Gesetz, sondern auch die Einheit des elektrischen Widerstands, das Ohm, ist nach ihm benannt.
Wo gilt das ohmsche Gesetz?
Streng genommen gilt das ohmsche Gesetz nur für ganz bestimmte Leiter, die sogenannten ohmschen Widerstände. Bei diesen besonderen Widerständen bleibt das Verhältnis aus Spannung und Stromstärke immer konstant. Ein Leiter aus dem Material Konstantan ist beispielsweise ein ohmscher Widerstand.
Bei einfachen Metallleitern bleibt der Quotient aus Spannung und Stromstärke meistens nicht konstant. Das liegt daran, dass sich diese Leiter während des Stromflusses erwärmen, wodurch sich ihr elektrischer Widerstand ändert. Wenn du einen Leiter aus Metall allerdings durch geeignete Kühlung während des Stromflusses auf einer konstanten Temperatur hältst, dann gilt auch hier das ohmsche Gesetz.
Unter Beachtung dieser Einschränkungen kannst du das ohmsche Gesetz nicht nur bei einem einfachen Leiter anwenden, sondern auch bei folgenden Schaltungen:
Reihenschaltung und Parallelschaltung
Bei Reihen- und Parallelschaltungen kannst du das ohmsche Gesetz an jedem einzelnen Widerstand verwenden, aber auch für den Gesamtwiderstand der Schaltung.
- Wenn du das ohmsche Gesetz bei einer Reihenschaltung anwenden möchtest, dann musst du beachten, dass die Gesamtspannung gleich der Summe der Spannungen ist, die an den Einzelwiderständen abfallen.
- Bei der Parallelschaltung ist es dagegen die Gesamtstromstärke, die sich aus der Summe der einzelnen Stromstärken zusammensetzt. Wenn du das beachtest, kannst du auch bei einer Parallelschaltung das ohmsche Gesetz verwenden.
Gemischte Schaltungen
Eine elektrische Schaltung bezeichnet man als gemischt, wenn sowohl Elemente aus einer Reihenschaltung als auch aus einer Parallelschaltung auftauchen. Eine gemischte Schaltung ist die komplizierteste Schaltungsart, die dir in der Schule begegnet. Trotzdem lassen sich auch diese Schaltungen mit einem Trick gut verstehen: Du ersetzt mehrere Widerstände so durch einen großen Ersatzwiderstand, dass die Schaltung zu einer puren Reihen- bzw. Parallelschaltung wird.
In unserem Lernweg zu den gemischten elektrischen Schaltungen erfährst du, wie das mit den Ersatzwiderständen genau funktioniert und wie du damit das ohmsche Gesetz auch bei solch einer komplizierten Schaltung anwenden kannst.
Wofür braucht man das ohmsche Gesetz?
In der Schule benötigst du das ohmsche Gesetz, um Widerstände, Spannungen und Stromstärken in Schaltungen zu berechnen. Darauf beruhen auch die Anwendungen des ohmschen Gesetzes in elektrischen Geräten, die wir im Alltag benutzen.
Die meisten technischen Geräte, zum Beispiel Smartphones und Laptops, benötigen zum Betrieb nicht nur eine bestimmte Spannung, sondern auch eine bestimmte Stromstärke. Mit dem ohmschen Gesetz kann man berechnen, welche Widerstände man in den Geräten verbauen muss, um auf den passenden Gleichstrom zu kommen.
Auf ähnliche Weise werden die elektrischen Widerstände bestimmt, die man benötigt, um mit einer elektrischen Heizung oder einem Wasserkocher eine ausreichende Menge an Wärme zu erzeugen.
Das ohmsche Gesetz kommt außerdem bei elektronischen Sicherungen zum Einsatz. Diese Bauteile verhindern, dass die Bauteile innerhalb des Stromkreises bei einem Kurzschluss oder einer Überlastung beschädigt werden. Mit dem ohmschen Gesetz kann berechnet werden, was für eine Sicherung für den vorliegenden Stromkreis benötigt wird.