Benutzerdefinierte Suche
kfztech.de Logo    
Kfz-Technik Abkürzungs-ABC Auto-Infos Kfz-Zubehör-Shop kfztech TV Unterricht und Ausbildung
 

Elektrotechnische Grundlagen im Auto - Das Ohmsche Gesetz

Kfz-Elektrik | Atomaufbau |Ladungen | Elektronenbewegung und Leitfähigkeit | el. Strom | Stromwirkungen | Strom messen | Spannung | Spannungserzeugung | Spannung messen | Widerstand |

MIt den elektrischen Grundgrößen elektrischer Strom, elektrische Spannung und elektrischer Widerstand haben Kfz-Mechatroniker in ihrem beruflichen Alltag ständig zu tun. So müssen sie auch in Zeiten eigendiagnosefähiger Diagnosetester freilich noch Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessungen, wie beispielsweise bei einer defekten Vorglühanlage, vornnehmen, um genau sagen zu können, wo denn der Fehler liegt.

Widerstand messen

Eine Widerstandsmessung kann bei der Diagnose hilfreich sein. Allerdings muss in diesem Fall erst die Glühkerze ausgebaut werden. - Foto: kfztech.de

Die ermittelten Werte Volt, Amperé und Ohm stehen keineswegs isoliert da, sondern stehen in einem direkten Kontext zueinander. Die Zusammenhänge und Abhängigkeiten zwischen den Größen Spannung, Strom und Widerstand werden durch das Ohmsche Gesetz ausgedrückt. Diese wurden durch den deutschen Physiker Georg Simon Ohm entdeckt und sind ihm zu Ehren auch nach ihm benannt worden. Außerdem heißt der elektrische Widerstand als Bauteil so (Ohmscher Widerstand) und die Einheit des elektrischen Widerstands lautet ebenfalls nach ihm Ohm.

Das Ohmsche Gesetz

 

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke I in einem Leiter und die Spannung U zwischen den Enden des Leiters direkt proportional sind.

Im Wesentlichen besagt das Ohmsche Gesetz:

1. Mit Zunahme der elektrischen Spannung U steigt die elektrische Stromstärke I, mit Abnahme der elektrischen Spannung verringert sich die elektrische Stromstärke.

2. Wird bei konstanter elektrischer Spannung der Widerstand verkleinert, vergrößert sich die elektrische Stromstärke, wird der elektrische Widerstand hingegen vergrößert, verringert sich die elektrische Stromstärke.

Ohne Verständnis des Ohmschen Gesetzes ist das Verständnis von Elektrotechnik und Elektronik kaum möglich. Es findet in allen Bereichen der Elektrik Anwendung und ist deshalb für den angehenden Kfz-Mechatroniker Pflicht. Ob es sich um eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung handelt, Spannungsverlust, oder die elektrische Leistung handelt, fast immer kommt das Ohmsche Gesetz zur Anwendung.

Allerdings muss beachtet werden, dass das Ohmsche Gesetz auch nur für ohmsche Widerstände gilt. Dazu zählen alle normalen Widerstände, die einen linearen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom haben. Den Widerstand einer Diode oder einer Glühlampe kann man nicht mit dem Ohmschen Gesetz berechnen, da Strom und Spannung sich an diesen Bauelementen nicht linear verhalten. Normale Widerstände haben im Rahmen ihrer Grenzwerte, unabhängig von Spannung und Strom, immer den gleichen Wert. Nur dieser Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden.

Nimmt man als Beispiel einmal an, der gemessene Widerstand einer Lampe beträgt 1 Ohm, so müsste nach dem Ohmschen Gesetz bei 12 V Batteriespannung der Strom (I=U/R) 12 Ampere betragen. Dem ist aber nicht so, weil sich der Lampenwiderstand durch die Erwärmung stark verändert.

Versuchsreihe

Legt man einen Widerstand R an eine Spannung U und bildet einen geschlossenen Stromkreis, so fließt durch den Widerstand R ein bestimmter Strom.

Ohmscher Kreis

Einfacher Versuch zur Demonstration des Ohmschen Gesetzes - Grafik: kfztech.de

In Schule und Ausbildung werden dazu immer Versuche mit zwei Messreihen durchgeführt. Die folgenden geschönten Beispiele zeigen den linearen Zusammenhang auf. Eine regelbare Spannungsquelle und ein Schiebewiderstand bzw. mehrere Festwiderstände bieten sich für diese Versuche an.

Ohmsches Gesetz Versuche

Typische Versuchsreihe in der Berufsschule zum Ohmschen Gesetz - Foto: kfztech.de

In einer (beispielhaften) Messschaltung wird bei gleichbleibendem Widerstand (R=100 Ω) langsam die Spannung erhöht. Wie verhält sich dabei der Strom?

R in Ω 100 100 100 100 100 100
U in V 2 4 6 8 10 12
 I in mA 20 40 60 80 100 120

Versuch 1 Der Strom steigt mit der Spannung

Beobachtung: Bei gleichbleibendem Widerstand R und bei gleichmäßiger Erhöhung der Spannung U, steigt der Strom I mit der Spannung U. Der Strom verhält sich also proportional zur Spannung.

In derselben Schaltung wird bei einer gleichbleibender Spannung von 5 Volt der Widerstand erhöht. Wie verhält sich der Strom?

R in Ω 50 100 150 200 300
U in V 5 5 5 5 5
I in mA 100 50 33 25 17

Versuch 2 Der Strom verringert sich umgekehrt proportional zum Widerstand

Beobachtung: Bei gleichbleibender Spannung U und bei gleichmäßiger Erhöhung des Widerstandes R, verringert sich der Strom I um 1/R. Der Strom verhält sich also umgekehrt proportional zum Widerstand.

Trägt man Spannungen und Ströme eines dazugehörigen Widerstandes in ein Diagramm ein und verbindet die Punkte miteinander, dann bildet sich eine Gerade, die Widerstandskennlinie. Die Ergebnisse wurden in der folgenden Grafik bei Versuchen mit drei verschieden großen Widerständen  dargestellt.

Widerstandskennlinie

Eine Widerstandskennlinie zeigt, dass je kleiner der Widerstand ist, desto größer der Strom ist - Grafik: kfztech.de

Erkenntnis: Je steiler die Gerade, desto kleiner ist der Widerstand.

Die Widerstandskennlinie verdeutlicht sehr schön, dass bei steigender Spannung, der Strom steigt und dass bei kleinem Widerstand ein höherer Strom fließt als bei einem größeren Widerstand.

Die Formel

Die Formel

U = R × I

ist eine mathematische Darstellung des Ohmschen Gesetzes. Sie besagt:

Soll durch einen Widerstand R der Strom I fließen, so muss die Spannung U berechnet werden.

Die dazugehörigen Gleichungen lauten:

Formel Ohmsches Gesetz R=U/I

Fließt durch einen Widerstand R ein Strom I, so liegt an ihm eine Spannung U an.

Formel Ohmsches Gesetz I=U/R

Liegt an einem Widerstand R die Spannung U, so fließt durch den Widerstand R ein Strom I.

Die Größen und ihre dazugehörigen Einheiten:

Größe Zeichen Einheit Zeichen
Elektrischer Strom I  Ampere  [A]
Elektrische Spannung  U Volt  [V]
Elektrischer Widerstand R Ohm [Ω]

Um die drei Formelschreibweisen des Ohmschen Gesetzes einfacher ermitteln zu können, wird immer wieder gerne das folgende Dreieck bemüht.

URI-Dreieck

Mit dem magischen „URI“-Dreieck lassen sich die Formeln einfach ermitteln. - Grafik: kfztech.de

Der Auszubildende muss sich dabei nur das Kürzel „URI“ merken. Den Wert, den man berechnen muss, deckt man dabei mit dem Finger ab. Mit den beiden übrigen Werten wird das Ergebnis ausgerechnet. Horizontal bedeutet dann Multiplikation und vertikal heißt Division (Bruch).

Hier noch drei kleine Beispielaufgaben zum Ohmschen Gesetz:

1. Die Magnetschalterwicklung eines Starters hat einen Widerstand von 0,85 Ω bei einer Spannung von 12,3 V. Wie groß ist der Steuerstrom?

Antwort: Der Steuerstrom des Starters beträgt 14,5 A. (I=U/R)

2. Durch eine Relaiswicklung fließt bei 13,5 V Spannung ein Strom von 0,2 A. Wie groß ist der Wicklungswiderstand der Spule?

Antwort: Die Relaiswicklung hat 67,5 Ω Widerstand. (R=U/I)

3. Die Stromaufnahme einer Glühkerze beträgt 30 A bei einem Widerstand von 370 mΩ. Für welche Spannung ist die Glühkerze ausgelegt.

 Antwort: Die Glühkerze ist für 11 V Spannung ausgelegt. (U=RxI)

Quellen: Horst Weinkauf www.horst-weinkauf.de , Elektronik Kompendium, Wikipedia,

 

Diese Seite von kfztech.de weiter empfehlen

Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015









Impressum, Copyright