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Widerstand
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Widerstände sind Elemente, die die Erzeugung definierter Ströme ermöglichen und direkte Entladungen vermeiden.
ID:(1585, 'ky')
Widerstandsmechanismus
Beschreibung
Wenn ein elektrisches Feld vorhanden ist, erfahren die freien Elektronen im Material aufgrund ihrer negativen Ladung eine Kraft, die sie in die entgegengesetzte Richtung zum Feld treibt.
Mikroskopisch gesehen bewegen sich Elektronen nicht frei in geraden Linien. Während sie sich bewegen, interagieren Atome des Kristallgitters, thermische Schwingungen, Defekte, Verunreinigungen und mikroskopische Grenzen zwischen Regionen des Materials kontinuierlich mit der inneren Struktur des Materials.
Diese Wechselwirkungen erzeugen ständige Kollisionen und Ablenkungen auf dem Weg der Elektronen. Infolgedessen resultiert die globale Bewegung aus einer Kombination aus Beschleunigung durch das elektrische Feld und Bremsung durch die Materialstruktur.
Das Endergebnis ist eine langsame, geordnete Durchschnittsbewegung, die Driftgeschwindigkeit genannt wird. Obwohl sich jedes einzelne Elektron aufgrund seiner thermischen Bewegung schnell und chaotisch bewegen kann, führt das elektrische Feld zu einer kleinen kollektiven Tendenz, sich in eine bevorzugte Richtung zu bewegen.
 $\vec{J} = \sigma \cdot \vec{E}$
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Der Treibende Stromdichte ($\vec{J}$) repräsentiert genau diesen makroskopischen Nettoladungsfluss durch das Material. Je größer der angelegte Elektrisches Feld ($E$) ist, desto größer ist die durchschnittliche Kraft auf die Elektronen und desto größer ist der erzeugte Stromfluss.
Die Proportionalitätskonstante entspricht dem Wert Elektrische Leitfähigkeit ($\sigma$) des Materials, der misst, wie leicht sich Lasten innerhalb der Struktur bewegen können. Ein Material mit hoher Leitfähigkeit verfügt über Elektronen, die zwischen Kollisionen relativ lange Distanzen zurücklegen können, während ein Material mit geringer Leitfähigkeit den Ladungstransport stark behindert.
Bei Kollisionen wird ein Teil der Energie, die Elektronen aus dem elektrischen Feld aufnehmen, auf das Atomgitter des Materials übertragen. Diese Energie wird hauptsächlich in mikroskopische Schwingungen von Atomen umgewandelt, wodurch die innere Wärmeenergie des Körpers erhöht wird. Makroskopisch wird dies als Widerstandserwärmung oder Joule-Effekt beobachtet.
Daher entspricht die elektrische Leitung in realen Materialien keiner freien Bewegung ohne Verluste, sondern einem dynamischen Prozess, bei dem das elektrische Feld kontinuierlich Energie an die Ladungen abgibt und diese diese zunehmend in der mikroskopischen Struktur des Materials ableiten.
ID:(11763, 'gm')
Widerstand
Beschreibung
Der elektrische Widerstand eines Körpers hängt sowohl vom Material, aus dem er besteht, als auch von seiner Geometrie ab. Auch wenn zwei Gegenstände aus dem gleichen Material bestehen, können sie je nach Länge und Querschnittsfläche unterschiedliche Widerstände haben.
Die intrinsische Eigenschaft des Materials, die beschreibt, wie leicht es die Bewegung elektrischer Ladungen zulässt, wird als spezifischer Widerstand bezeichnet.
Für einen annähernd gleichmäßigen Leiter wird Widerstand ($R$) wie folgt berechnet:
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$R = \rho_e \displaystyle\frac{ L }{ S }$
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mit Spezifischer Widerstand ($\rho_e$), Abschnitt der Leiter ($S$) und Leiterlänge ($L$).
ID:(11762, 'gm')
Widerstand
Beschreibung
Berechnungen
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ID:(1585, 0)
Palos Verdes, Costa de Corral, Chile