Bei gleichem widerstand ist die stromstarke

Widerstand eines Leiters.

Widerstand eines Drahtes.

Es gibt vier Faktoren, die den Widerstand eines Leiters beeinflussen:

• die "Dicke" - besser, die Querschnittsfläche A eines Leiters
• die Länge des Leiters
• die Temperatur, die im Leiter herrscht
• das Material, aus dem der Leiter besteht

Wir sagen, der Widerstand eines Drahtes ist groß, wenn es für eine Ladung schwierig ist, durch den Draht zu kommen - wenn wenige Ladungen je Sekunde durch den Draht gelangen, die Stromstärke also klein ist.

1) Querschnittsfläche A:

Die Querschnittsfläche eines Leiters kann man in einem Modell in etwa mit der Breite eines Ganges oder der Breite einer Autobahn vergleichen:
Wenn der Gang (die Autobahn) breit ist, dann können in einer bestimmten Zeit viele Leute (Fahrzeuge) passieren. Bei einem schmalen Gang (nur eine Fahrspur) kommen in der gleichen Zeit nicht so viele Leute (Fahrzeuge) durch.

Die nebenstehende Animation zeigt einen Vergleich zwischen einem Leiter kleiner Querschnittsfläche A und einem Leiter großer Querschnittsfläche A Obwohl hier die Strömungsgeschwindigkeit gleich groß ist, kommen im Leiter mit großer Querschnittsfläche in derselben Zeit mehr Elektronen durch. Die Stromstärke ist also größer. Wir sagen, dass der Widerstand kleiner ist.

Große Querschnittsfläche => große Stromstärke möglich => kleiner Widerstand

2) Länge des Drahtes l.

Die Länge des Drahtes entspricht der Länge eines Ganges. Je länger der Gang, desto schwieriger ist es, viele Leute in einer bestimmten Zeit hindurchzuschicken. Die "Stromstärke" ist also klein, der Widerstand wird hier groß.

Große Drahtlänge => großer Widerstand => kleine Stromstärke

Temperatur T

Erinnert euch: Wärme hat im Atom- oder Molekülbild etwas mit der Bewegung der Atome oder Moleküle zu tun. Im Festkörper sind Atome zwar in der Kristallstruktur an ihren Platz gebunden, können um diese feste Position aber Schwingungen ausführen.
(Modell: Schüler in einem Klassenzimmer an einem festen Sitzplatz, jedoch können sie auf dem Stuhl mehr (warm) oder weniger (kalt) "zappeln").

Modell eines kalten Drahtes (cold wire) Stellt euch einen Gang voller Leute vor. Die Hälfte der Leute (die Elektronen) versuchen alle sich wie du in einer Richtung zu bewegen und die andere Hälfte (die Atomkerne) sind im Gang gleichmäßig verteilt, aber in Ruhe. Die "Elektronen" können relativ einfach zwischen den "Atomkernen" hindurch rennen.

Modell eines heißen Drahtes (warm wire) Wenn es in dem Leiter (dem Gang) immer wärmer wird, beginnen die Atomkerne mit Schwingungen um ihre Lage. Je heftiger ihre Bewegung, wird um wahrscheinlicher wird es, dass sie den Elektronen "in die Quere kommen" und den Elektronenfluß stören. Es kommen weniger Elektronen je Sekunde durch, die Stromstärke sinkt also, der Widerstand steigt.

Dies geschieht zum Beispiel bei einer Glühlampe. Im ersten Moment (beim Einschalten) ist die Glühwendel kalt, ihr Widerstand ist gering, daher ergibt sich zunächst eine große Stromstärke. Aber wenn der Draht zu glühen beginnt, dann nimmt der Widerstand zu, die Stromstärke nimmt ab.

Die große Stromstärke zu Beginn des Vorgangs führt dazu, dass Glühlampen meist beim Einschalten kaputt gehen.

Bei extrem tiefen Temperaturen in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunkts (-2730 C = 0 K) sind die Atomkerne praktisch nicht mehr in Bewegung. Dann leiten alle Materialien besonders gut, Drähte haben dann praktisch keinen meßbaren Widerstand mehr - man nennt dies "Supraleitung".

hohe Temperatur => großer Widerstand => kleine Stromstärke

Zusammenfassend kann man sagen, dass ein kurzer, "dicker" und kalter Draht der beste Leiter ist.

Eine Formel, die alle Abhängigkeiten zusammenfasst, sieht so aus:

Der spezifische Widerstand kennzeichnet das Material, aus dem der Leiter ist.
So hat z.B. Gold einen geringeren spezifischen Widerstand als Blei oder Zink, weil es ein besserer Leiter ist.
Je besser ein Material Elektrizität leitet, desto kleiner ist der spezifische Widerstand.

Ganz allgemein ist wichtig:

Wenn man die Länge L eines Drahtes verdoppelt, verdoppelt sich auch der Widerstand R des Drahtes.

Wenn man die Querschnittsfläche A verdoppelt, dann halbiert sich der Widerstand R des Drahtes.

© Grafiken: Science Joy Wagon, Seite: Landesbildungsserver Baden-Würtemberg