Elektrischer Widerstand

Der Begriff elektrischer Widerstand ist einfach erklärt:

Alles, was den Stromfluss in einem elektrischen Stromkreis behindert, stellt einen elektrischen Widerstand dar.

Diese Definition ist zwar sehr allgemein, sie erklärt aber alles. Es geht daraus hervor, dass ein Widerstand die Bewegung von Elektronen zwischen zwei Orten mit unterschiedlicher Elektronenkonzentration behindert. Jedes elektrische Bauelement hat einen Widerstand, ja sogar jeder elektrische Leiter. Dazu gibt es noch Bauteile, die als Widerstand bezeichnet werden. Folgendes Bild gibt einen Überblick über den Widerstandsbegriff:

Was bewirkt ein Widerstand in einem elektrischen Stromkreis?

In welcher Art und Weise ein Widerstand den Elektronenfluss "behindert" wird anhand von zwei Beispielen (siehe Bild unten) dargestellt.

Im ersten Beispiel (linkes Teilbild) stellt eine Leitungsverengung einen Widerstand dar. Die Hin- und Rückleitung besteht aus Kupfer mit einem großen Querschnitt. An der negativen Anschlussklemme werden Elektronen aufgrund der Abstoßungskräfte in die Leitung gedrängt. An der positiven Anschlussklemme werden Elektronen aus dem Leiter angezogen. Die Bewegung der Elektronen wird jedoch durch die Verengung des Leiterquerschnittes behindert, etwa wie der Verkehr bei einer Baustelle auf der Autobahn. Die Elektronen werden von den Abstoßungskräften auf der negativen Seite und von den Anziehungskräften auf der positiven Seite durch die Engstelle "hindurchgedrückt". Dabei stauen sie sich am Anfang der Leitungsverengung und nur ein kleiner Teil der Elektronen kann passieren. Der Strom wird somit durch die Leitungsverengung begrenzt. Je kleiner der Querschnitt der Leitung ist, desto weniger Strom kann bei konstanter Spannung passieren.
Im zweiten Beispiel (rechtes Teilbild) besteht der Widerstand aus einem anderen Material (Kohle), als der Leiter. Durch eine engere Anordnung des Kohlenstoffgitters wird die Bewegungsfreiheit der Elektronen eingeschränkt, da sie durch das engere Atomgitter hindurchwandern müssen. Je dichter das Atomgitter eines leitenden Elementes ist, desto größer ist dessen Widerstand. In beiden Fällen bestimmt der Widerstand, wie groß der Stromfluss ist.

Merke:

Einzig und allein der elektrische Widerstand bestimmt bei fester Spannung die Größe des Stromflusses.
Jede Leitung besitzt einen Widerstand. Sogar bevor Elektronen eine Spannungsquelle verlassen, müssen sie durch einen Widerstand innerhalb der Spannungsquelle hindurch. Dieser interne Widerstand wird als Innenwiderstand bezeichnet. Der Leitungswiderstand und der Innenwiderstand sollten möglichst klein sein.
Material und Querschnitt, Temperatur, ... bestimmen den Widerstandswert.
Es gibt Bauelemente, die Widerstand genannt werden, um gezielt den Strom zu begrenzen. Jedoch besitzen auch alle elektronischen Bauteile einen Widerstand.
Widerstände werden oftmals eingesetzt um andere Bauelemente vor zuviel Strom (oder Spannung) zu schützen.

Warum fällt an einem Widerstand Spannung ab?

Durch die vorangehenden Überlegungen hat sich gezeigt, dass vor und nach (und sogar innerhalb) eines Widerstandes eine unterschiedliche Konzentration von Elektronen vorliegt. Im Kapitel Elektrische Grundgrößen wurde bei der Einführung des Spannungsbegriffes gezeigt, dass eine Spannung zwischen allen Stellen anliegt, an denen eine unterschiedliche Konzentration an Elektronen vorhanden ist. Wie in folgender Grafik beschrieben, herrscht an den Anschlüssen des Widerstandes die gleiche Elektronenkonzentration vor, wie an den Klemmen der Spannungsquelle. Deshalb muss zwischen den Enden eines Widerstandes eine elektrische Spannung anliegen, die genauso groß ist, wie die Spannung der Spannungsquelle!

Das Bauelement Widerstand

Widerstände als Bauelement werden in elektrischen Schaltungen benötigt, um zum Beispiel:

Spannungspegel zu erzeugen
Ströme zu begrenzen
Andere Bauteile vor Zerstörung zu schützen
Physikalische Größen in elektrische Größen umzuwandeln

Es existieren verschiedene Arten von Widerstäden, die in der folgenden Grafik auszugsweise dargestellt sind.