Was macht ein Widerstand?

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OK, sehr grundlegende Frage hier.

Ich las viele Bücher, suchte viel, und jede Beschreibung, die ich las, schien über den Elektronenfluss zu sprechen und ging auf Anhieb zu tief in die Theorie ein, als dass ich das Grundprinzip ihrer Verwendung hätte erfassen können.

Ich verstehe, dass ein Widerstand den "Durchfluss" begrenzt, damit zum Beispiel eine LED nicht explodiert. Aber ich verstehe nicht genau, was ein Widerstand mit Strom und Spannung macht ...

Beeinflussen Widerstände sowohl Strom als auch Spannung? In welcher Weise?

FMaz008
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Es klingt ein bisschen abstrakt, aber der Widerstand beeinflusst die Ladung . Dies wirkt sich indirekt sowohl auf die Spannung als auch auf den Strom aus.
Ignacio Vazquez-Abrams
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Hast du dir das Ohmsche Gesetz angesehen? E = I * R. Dies besagt, dass bei konstantem Widerstand der Strom durch proportional zur Spannung durch ist. Wenn Sie die Spannung über konstant halten, ist der Strom durch umgekehrt proportional zum Widerstand.
DoxyLover
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LEDs sind Halbleiter und halten sich nicht an das Ohmsche Gesetz. Stellen Sie sich vor, dass sie keinen Widerstand haben, aber immer noch einen Spannungsabfall haben.
HL-SDK
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In diesem Fall liegt der Widerstand in Reihe mit einer anderen Last und nicht alleine über der Stromversorgung. Eine LED ist ein nichtlineares Gerät, das keinen konstanten Widerstand aufweist. Stattdessen hat es einen (relativ) festen Spannungsabfall, unabhängig vom Strom (Art eines Sperrwiderstands). In diesem Fall subtrahieren Sie den Spannungsabfall der LED von der Quellenspannung und verwenden Sie die resultierende Spannung mit dem Widerstand, um den Strom zu steuern.
DoxyLover
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Beispielsweise haben Sie eine Versorgungsspannung (Vs) von 5 V und eine LED-Abfallspannung (Vd) von 1 V. Sie möchten 10mA Strom. Löse R = E / I = 4 / 0,01 = 400 Ohm. (Gerade bearbeitet - hatte 5 statt 4V)
DoxyLover

Antworten:

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Elektrischer Fluss ist die Bewegung elektrischer Ladungen durch ein Material. Widerstand ist die physische Behinderung dieser sich bewegenden Ladungen.

Eine bestimmte Energiemenge ist erforderlich, um diese Ladungen in Bewegung zu halten. Da der Energieabfall proportional zur in Bewegung gehaltenen Ladungsmenge ist, ergibt sich ein Spannungsabfall über dem Material, da die elektromotorische Kraft (in Volt) Energie ist (in Joule) pro Ladung (in Coulomb).

Da es sich um ein physisches Hindernis handelt, wird auch die Geschwindigkeit eingeschränkt , mit der sich Ladungen pro Zeiteinheit über einen bestimmten Punkt bewegen können. Dies ergibt einen maximalen Strom, da Strom (in Ampere) Ladungen (in Coulomb) pro Zeiteinheit (in Sekunden) sind.

Und wie sich herausstellt, steigt oder sinkt der Strom genau linear, wenn Sie mehr oder weniger elektromotorische Kraft auf denselben Widerstand ausüben. Daraus ergibt sich das Ohmsche Gesetz, das besagt, dass die elektromotorische Kraft proportional zum Produkt aus Strom und Widerstand ist, .E=IR

Ignacio Vazquez-Abrams
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Ist die physische Behinderung relativ konstant? Dh: Wenn ich die Stromquelle von 5 V auf 9 V umschalte, werde ich nach einem Widerstand immer noch die gleichen Zahlen messen? (Vorausgesetzt, dass beide Stromquellen unter der maximalen Last sind, die ein Widerstand aufnehmen kann)
FMaz008
Durch die erhöhte elektromotorische Kraft können mehr Ladungen pro Zeiteinheit fließen, dh der Strom steigt an.
Ignacio Vazquez-Abrams
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Ich denke das ist eine gute Antwort. Ich denke, es hilft auch darüber nachzudenken, was diese physische Behinderung des Stromflusses verursacht. Wenn freie Elektronen, die eine elektromotorische Kraft erfahren, mit Atomen kollidieren, ist dies ein Widerstand. Und es macht auch, dass diese Energie in Wärme umgewandelt wird, da Wärme nur Bewegung ist , in Form von molekularen Schwingungen. Wenn diese Elektronen mit Atomen kollidieren, bringen sie diese Atome zum Schwingen.
krb686
Das Wasserrohr (Widerstand) hat also den gleichen Durchmesser, aber das Wasser kommt schneller, sodass mehr Wasser durch das Rohr fließt. Wenn beide Stromquellen 1A sind, würde die Beschränkung auch zu einer erhöhten Ladung führen?
FMaz008
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Mit der Wasserrohranalogie entspricht der Widerstand umgekehrt dem Rohrdurchmesser. Ein größerer Rohrdurchmesser ist weniger Widerstand und umgekehrt. Die Spannung ist dann der Wasserdruck. Daher ist ein höherer Wasserdruck erforderlich, um dieselbe Wassermenge durch ein Rohr mit kleinerem Durchmesser zu drücken. Mit anderen Worten, es ist eine höhere Spannung erforderlich, um die gleiche Strommenge durch einen größeren Widerstand zu führen.
krb686
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Es kann hilfreich sein, sich Spannung als den Druck oder die Kraft vorzustellen, die die Elektronen durch das Rohr treiben, das der Draht ist. Der Strom ist die Anzahl oder Menge der Elektronen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt einen bestimmten Punkt passieren. Widerstände tun genau das, was ihr Name sagt. sie widerstehen. Sie können sie verwenden, um entweder Strom oder Spannung zu begrenzen, je nachdem, ob sie in Reihe (nacheinander) oder parallel (nebeneinander an denselben Verbindungspunkten) geschaltet sind Wenn Sie die Länge der Röhre verdoppeln (Reihenschaltung eines Widerstands), erhöht sich die zum Durchdrücken erforderliche Kraft, sodass die Spannung begrenzt wird Röhren nebeneinander, dann muss die gleiche Anzahl von Kugeln doppelt so viele Pfade durchlaufen, wodurch die Anzahl der Kugeln auf einmal begrenzt wird. und damit Strombegrenzung. Ich weiß, dass dies stark vereinfacht ist und nicht alle Situationen berücksichtigt, aber es kann Ihrem geistigen Auge eine visuelle Darstellung der Theorie des Elektronenflusses geben und wie Widerstände solche beeinflussen können.

Joey Smith
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Auch wenn es sich nur um ein mentales Modell handelt, ist dies die klarste und praktischste Antwort. In all den vielen Erklärungen von Laien, die ich über Widerstände gelesen habe, habe ich noch nie jemanden gesehen, der das Konzept Parallel vs. Serie explizit dargestellt hat. Ist es dann genau, dass ein einzelner Widerstand (also kein paralleler oder serieller Widerstand) sowohl Spannung als auch Strom sperrt, und wenn ja, in welchem ​​Verhältnis?
N8allan
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Hoffentlich ist das einfach genug:

Die Spannung ergibt sich aus der potentiellen Energie bei der Ladungstrennung (ein Knoten ist positiv mit weniger Elektronen, ein Knoten ist negativ mit mehr Elektronen). Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Bowlingkugel (Ladung) auf dem Boden und nicht oben auf einer Leiter. Der Ball oben auf der Leiter hat mehr potentielle Energie, mehr Spannung.

Strom entsteht aus dem "Fluss" der Ladung.

Mit Widerständen können Sie festlegen, wie viel Strom für eine bestimmte Spannung fließt, da Sie sich vorstellen können, dass Drähte keinen Widerstand haben (vereinfacht).

Kurz: Widerstände begrenzen den Elektronenfluss und reduzieren den Strom. Die Spannung entsteht durch die potentielle Energiedifferenz am Widerstand.

HL-SDK
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"Spannung entsteht durch die potentielle Energiedifferenz über dem Widerstand." ... Bis zu dieser Zeile war ich in Ordnung: -S
FMaz008
Denken Sie an die Gravitationsanalogie. Etwas, das sich auf einem Hügel befindet, hat mehr potenzielle Gravitationsenergie als etwas am Fuße des Hügels, wissen Sie?
HL-SDK
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Die mathematische Antwort ist, dass ein Widerstand ein elektrisches Gerät mit zwei Anschlüssen ist, das das Ohmsche Gesetz befolgt, oder man könnte sagen, dass es es erzwingt: V = IR.

V ist die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen, I ist der Strom, der von einem Anschluss zum anderen (durch den Widerstand) fließt, und R ist der als Widerstand bekannte Wert. Für einen idealen Widerstand ist R eine Konstante und hängt nicht von V, I oder irgendetwas anderem ab. Ein anderer Weg, das Ohmsche Gesetz zu beschreiben, ist zu sagen, dass die Spannung an einem Widerstand und der Strom durch ihn proportional sind. Die Proportionalitätskonstante ist R, der Widerstand.

Eine grundlegende Konsequenz der Physik ist, dass Widerstände elektrische potentielle Energie in Wärme umwandeln. Sie werden also warm, wenn Strom durch sie fließt. Reale Widerstände weisen eine maximal zulässige Verlustleistung auf und sie können auch einen R-Wert aufweisen, der geringfügig von der Temperatur abhängt, und andere Nachteile des Ideals.

Was die Herstellung von Widerständen angeht, bestehen echte Widerstände aus Materialien, die eine Leitfähigkeit zwischen Isolatoren (dielektrischen Materialien) und Leitern (wie Kupferdraht) aufweisen. Wenn Sie bestimmen können, wie viel Pfadstrom durch den Widerstand fließt, wird der Widerstand erhöht, wenn dieser Pfad länger ist. Eine Vergrößerung des Querschnitts verringert den Widerstand.

Was Materialien zu guten Leitern macht ... Nun, im Allgemeinen haben gute Leiter mobile Elektronen auf molekularer Ebene. Gute Isolatoren nicht. Gute Widerstände liegen irgendwo dazwischen.

mkeith
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