Warum sind die Widerstandswerte angesichts sich ändernder Spannung und Stromstärke konstant?

Wenn der Widerstandswert konstant ist (unabhängig von I oder V), nennen wir das einen linearen Widerstand.

Übliche Widerstandsmaterialien (wie Metalle, Kohlenstoff usw.) sind in erster Näherung ziemlich linear. Es gibt keinen physikalischen Mechanismus, der sie stark dazu bringt, "mehr zurückzudrücken", wenn eine größere Spannung angelegt wird.

Wenn Sie genauer hinsehen, werden Sie normalerweise feststellen, dass sich ein echter Widerstand beim Erhöhen des Stroms selbst erwärmt, wodurch sich der Widerstand ändert. Wir versuchen jedoch, Materialien für unsere Widerstände auszuwählen, bei denen dieser Effekt gering ist. TCR-Werte (Temperaturkoeffizient des Widerstands) in der Größenordnung von 100 oder 200 ppm/C sind leicht erhältlich.

Eine Diode (in einem Gleichstromkreis) ist ein Beispiel für einen sogenannten nichtlinearen Widerstand. Ein Widerstand, dessen Widerstandswert vom Strom durch ihn abhängt. Diese neigen jedoch dazu, weniger Widerstand zu leisten, je mehr Strom sie durchlassen.

Ein Widerstand behält seinen Wert außerhalb dessen, was man einen normalen Stromkreis nennen könnte. Es kann ohne wahrnehmbare äußere Einflüsse auf einem Regal stehen und dennoch charakteristischerweise ein Widerstand mit demselben Wert sein.

Dass dies so ist, lässt sich sogar theoretisch durch ein kleines Gedankenexperiment nachweisen, allerdings müsste man die Physik auf einer viel tieferen Ebene verstehen. Wenn Sie beispielsweise ein empfindliches Spannungsmessgerät hätten, könnten Sie die Rauschspannung messen, die der Widerstand erzeugt, und wenn Sie eine genaue Temperaturmessung hätten, könnten Sie genau sagen, wie hoch der Widerstand war.

Abgesehen davon definiert das Ohmsche Gesetz drei Variablen, aber für einen perfekten Widerstand ist die Spannung perfekt proportional zum Strom.

Das Ohmsche Gesetz ist eine Gleichung auf drei Variablen: ($R=\frac{V}{I}$). Das bedeutet, dass Sie für gegebene Werte von zwei der Variablen nach der dritten auflösen können. Oder wenn Sie eine Variable einstellen und eine zweite variieren, können Sie die Änderung in der dritten sehen.

Zum Beispiel:

• Konstanter Widerstand, Variieren der Spannung, siehe Stromvariation. Dies ist der Fall, wenn Sie eine variable Spannungsquelle in einem festen Widerstand haben. Der Strom durch den Widerstand ändert sich proportional zur Spannung.

• Konstanter Widerstand, variierender Strom, sehen Sie, wie die Spannung variiert. Dies ist der Fall, wenn Sie eine variable Stromquelle in einen Festwiderstand haben. Die Spannung am Widerstand ändert sich proportional zum Strom.

• Konstante Spannung, Variation des Widerstands, siehe siehe Strom variieren. Dies ist der Fall, wenn Sie eine Konstantspannungsquelle an ein Potentiometer angeschlossen haben (zwischen dem Schleifer und einem Ende). Wenn Sie den Widerstand variieren, ändert sich der Strom umgekehrt.

Hilft das?

Wie kann ein Widerstand nicht konstant sein?

Wenn Sie eine Stromquelle haben, die sowohl ein Konstantstrom ist$I$und eine konstante Spannung$V$, dann muss dieser Strom sicherlich zwischen den beiden Anschlüssen der Stromquelle fließen, und die Spannung an dieser Stromquelle muss immer gleich sein$V$.

Angenommen, wir haben einen Konstantstrom von 1 A und eine Konstantspannung von 1 V, aber nichts ist damit verbunden. Dann muss diese 1 A durch was fließen - offener Raum? Dazu muss der Widerstand des offenen Raums 1Ω betragen ($R=\frac{V}{I}$). Wenn das der Fall wäre, wäre jede Batterie auf der Welt so ziemlich sofort leer, da sie durch einen 1Ω-Widerstand entladen wird. Alle Stromleitungen würden explodieren und einschmelzen, und wir wären nie aus der Steinzeit herausgekommen.

Luft kann also eindeutig nicht 1Ω sein, was bedeutet, dass logischerweise ein konstanter Strom und eine konstante Spannung zusammen keinen Sinn machen.

Die einzige Möglichkeit, 1 V bei 1 A zu erhalten, besteht darin, einen 1-Ω-Widerstand zu verwenden, um die Schaltung zu vervollständigen. Jeder Widerstand mit einem anderen Wert würde einfach nicht funktionieren und etwas müsste nachgeben, normalerweise mit der Veröffentlichung von Magic Smoke™.

obwohl ein Widerstand außerhalb eines Stromkreises völlig spannungs- und damit stromlos ist

Eine Batterie, an der nichts angeschlossen ist, hat also keinen Widerstand und keinen Strom, sodass die Potenzialdifferenz zwischen ihren Anschlüssen 0 V beträgt? Aber die Potentialdifferenz ist nicht 0V, es ist die Spannung der Batterie.

Wenn ein Widerstand dem Ohmschen Gesetz gehorcht, ist der Widerstand per Definition konstant (dh unabhängig von Spannung und Strom).

Das Ohmsche Gesetz ist eine Idealisierung, die der Realität je nach Fall mehr oder weniger gut entspricht. Der wichtigste Grund, warum ein Gerät das Ohmsche Gesetz nicht befolgt, ist, dass sein Widerstand von der Temperatur abhängt, die wiederum vom durch das Gerät fließenden Strom beeinflusst wird.

ZB das Ohmsche Gesetz ist es eine gute Näherung, wenn der Widerstand ein Draht aus Konstantan ist . Es ist eine schlechte Annäherung, wenn der Widerstand eine Glühbirne ist (hat einen niedrigen Widerstand bei niedriger Temperatur/niedrigem Strom, hat einen hohen Widerstand bei hoher Temperatur/hohem Strom; deshalb kann er als einfaches Stromstabilisierungselement verwendet werden).

Ein physikalisches Modell, das die Linearität zwischen Stromdichte und elektrischem Feld (dh konstanter Widerstand) erklärt, ist das Drude-Modell .

Das Ohmsche Gesetz gilt nur unter stationären Bedingungen und die variablen Teile der Gleichung sind V und I. R ist eine Konstante. Widerstandswerte sind konstant, da es sich aufgrund ihrer Herstellung um eine physikalische Eigenschaft handelt.