Der Widerstand (R)

Wiederholen wir noch einmal kurz aus Teil 1: Seine Hauptaufgabe ist es, den Fluss des elektrischen Stroms zu begrenzen oder zu "bremsen".

• Funktion: Er wandelt elektrische Energie in Wärme um. Man nutzt ihn, um Ströme auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren, zum Beispiel um eine LED zu schützen.

• Aufbau: Meist ein kleiner zylindrischer Körper mit zwei Anschlüssen und bunten Ringen. Diese Ringe sind ein Farbcode, der den Widerstandswert in Ohm (Ω) angibt.

• Analogie: Stell dir einen Gartenschlauch vor. Wenn du mit dem Fuß darauf trittst, erhöhst du den Widerstand und es fließt weniger Wasser. Der Widerstand macht genau das mit dem Strom.

THT=Through Hole Technology - quasi Durchstecktechnik. Damit sind Bauteile gemeint, die noch einen Körper und Drahtfüße haben, die durch die Leiterplatte gesteckt werden und typischer Weise auch von unten verlötet werden. Die Tabelle zeigt wie man den Wert eines solchen THT Widerstandes ablesen kann. Man legt den Widerstand so hin, dass man rechts den silbernen oder goldenen Ring hat und kann dann von links nach rechts die Farbringe entsprechend der Tabelle ablesen und die Zahlen nebeneinander schreiben. Der letzte bunte Ring ist immer der Multiplikator. Hat man also einen braunen Ring, zwei schwarze und einen roten, dann ergibt das 1 0 0  und als Multiplikator x10², es kommen also einfach 2 Nullen dazu, also haben wir einen Wert von 10000 Ω, oder 10 Kiloohm. Aber unter uns, ich kenne niemand der diese Ringe mittels Tabelle und so weiter.... Weil 1. hat man die Widerstände typischer Weise in einer beschrifteten Sortiment Box oder in kleinen beschrifteten Boxen und 2. ist man im Zweifelsfalle sicher schneller wenn man den fraglichen Widerstand einfach mit dem Multimeter misst. Ein Multimeter hat ohnehin jeder Elektrologe und alle die es noch werden wollen am Arbeitstisch liegen. Übrigens verhält es sich mit SMD-Bauteilen ähnlich. SMD = Surface Mounted Device - also oberflächenmontierte Bauteile. Das sind die heute üblichen, winzigen Bauteile, die keine Füße mehr haben, oder zumindest keine mehr die durch die Platine gehen. Abgesehen von den kleinsten Formfaktoren der SMD Teile, sind Nummern aufgedruckt und ähnlich wie bei den bunten Ringen, ist auch hier die letzte Nummer der Multiplikator. Steht also auf einem SMD-Widerstand 103, ist damit gemeint 10 und drei Nullen, also 10000 Ohm, oder 10k in kurz. Gerade 1k und 10k, 100k sind häufig verwendete Werte, von denen sollte man immer mehr nachbestellen. Genauso wie 10 oder 100nF Kerkos - aber dazu später mehr.

Das Bild oben zeigt einen einfachen Stromkreis. Der Kreis links ist die Spannungsquelle, der Strom fließt in Pfeilrichtung im Urzeigersinn durch einen 10k Widerstand und wieder zurück. Wie wir bereits wissen, ist U = R x I. Das können wir anhand dieses Beispiels gleich überprüfen. Die Quelle zeigt 10 Volt an, der Widerstand hat 10k, also 10000 Ohm. Wir stellen die Formel jetzt einfach um von U=RxI auf I=U/R. Wenn wir die Zahlen dafür einsetzen, ergibt das 10 Volt / 10000 Ohm, was 0,001 Ampere entspricht, also 1 mA. Das heißt in unserem Stromkreis kann nur 1 mA Strom fließen, die Spannung hingegen bleibt 10 Volt vor dem Widerstand. Nach dem Widerstand aber haben wir das selbe Potential wie am Minuspol unserer Quelle, also 0 Volt.

Das Bild oben zeigt eine praktische Sache die Ihr euch gleich merken könnt: Der Spannungsteiler. Spannungsteiler braucht man ständig in der Elektronik und sogar außerhalb. Analogwerte von Messungen zum Beispiel werden in der Industrie in der Regel in Form eines 0-10 Volt Signals oder aber durch 0-20 oder 4-20 mA übertragen. Manchmal kommt es aber auch vor das ein Sensor/Aktor 0-5 Volt haben will, wenn man davon überrascht wird, hat man wahrscheinlich keine passende Klemme. Also braucht man eine Lösung wie man 0-10 Volt auf 0-5 Volt skalieren kann. Sowas lässt sich Beispielsweise ganz einfach mit einem Spannungsteiler lösen, ganz ohne kostspielige Komponenten, die man obendrein auch noch erst bestellen müsste. Sind die Widerstände gleich groß, halbiert sich die Spannung in der Mitte. Natürlich kann man das auch asymmetrisch aufbauen. Man muss nur aufpassen das man keine zu kleinen Werte wählt beim Widerstand weil sonst im worst case zu viel Strom fließen kann. Aber das können wir ja mittlerweile ausrechnen. Übrigens gibt es da auch ein äußerst praktisches App, Electrodoc pro. Früher hat das mal Electroid geheißen. Sehr praktisch für jeden der mit Elektrotechnik zu tun hat.

Kommen wir zum nächsten Bild. Wie man hier sehen kann, habe ich nun den Schalter, der beim vorletzten Bild noch offen war, geschlossen. Ich habe damit also die Hälfte des Spannungsteiler kurzgeschlossen. Aber warum fließen jetzt 10mA und beim Bild vorher nur 5mA? Widerstand bremst immer nur Strom, nicht die Spannung. Wenn sich also der Widerstand verdoppelt, halbiert sich der Strom. Warum kann dann der Spannungsteiler die Spannung teilen? Wenn man den Widerstand auf zweimal aufteilt, teilt sich auch der Spannungsabfall auf. Daraus ergibt sich, wenn man in dem Kreis einen 20k Widerstand einfügt, dann hat man vor dem Widerstand 100 Volt und nach dem Widerstand 0 Volt, Strom aber fließt ganz nach unserer Formel nur 5mA. Teile ich die 20k auf zweimal 10 k, fließen trotzdem egal wo in dem Stromkreis nur 5 mA, aber da sich der Spannungsabfall von 100 auf 0 Volt nun auf zwei Widerstände aufteilt, können wir zwischen den zwei Widerständen genau 50 Volt messen - wir haben also die Spannung geteilt.