Der Widerstand
Das einfachste Bauelement in der Elektronik
Das einfachste Bauelement, das wir in der Elektrotechnik und Elektronik haben ist der Widerstand. In diesem Beitrag erfährst du unter anderem was eine Widerstand ist, welche Bauformen es grundsätzlich gibt und wie ein Widerstand in einem Stromkreis oder einer elektronischen Schaltung wirkt. Zusätzlich zu den schriftlichen Erklärungen findest du zwei ergänzende Videos im Artikel integriert.
Was ist ein Widerstand?
In der Elektrotechnik hat der Begriff Widerstand zwei Bedeutungen. Zum einen handelt es sich beim elektrischen Widerstand um eine phsyikalische Größe, also vergleichbar der Spannung oder der elektrischen Stromstärke. Das Formelzeichen für den Widersand ist ein R, die Einheit ist Ohm, abgekürzt mit dem großen griechischen Omega Ω als Einheitenzeichen. Wie man sich die Wirkungsweise vom elektrischen Widerstand als Größe in einem Stromkreis oder einer Schaltung vorstellen kann, erfährst du gleich etwas weiter unten.
Zunächst müssen wir noch die zweite Bedeutung des Begriffes Widerstand klären. Neben der physikalischen Größe Widerstand gibt es auch das Bauelement Widerstand in der E-Technik und Elektronik. Das Bauelement Widerstand hat den elektrischen Widerstand als charakteristische physikalische Größe, die das Bauelement beschreibt. Ein Widerstand ist ein passives Bauelement, das heißt man kann einen Widerstand nicht aktiv steuern, er wirkt einfach nur durch seine Eigenschaft in einem Stromkreis. Widerstände gehören zu den klassischen Verbrauchern in der Elektrotechnik, das heißt sie können elektrische Energie nur aufnehmen, dabei wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt.
Merke: Widerstand ist ein der Elektrotechnik zum einen eine pyhsikalische Größe und zum anderen eines der drei passiven Bauelemente.
Welche Bauformen haben Widerstände?
Im folgenden Bild siehst du einige Widerstände auf einer Leiterplatte als Teil einer elektronischen Schaltung.
Es gibt zwei grundsätzliche Technologien, wie Bauelemente als Teil von elektronischen Schaltungen auf Leiterplatten montiert werden können. Für beide Technolgien haben Widerstände jeweils eine charakteristische Bauform. Diese betrachten wir im Folgenden.
Die erste Leiterplatten-Technolgie wird Through Hole Technology, kurz THT genannt. Wie der englische Name schon sagt, wird das Bauelement dabei durch Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt und dann auf der Unterseite festgelötet. Wie das funktioniert, kannst du im Artikel zum Löten lernen. THT-Widerstände sind die bekannten länglichen Widerstandskörper mit zwei langen Anschlussdrähten. Diese werden auch auf Steckbrettern eingesetzt. Sie werden dir am Anfang deiner „Elektronik-Karriere“ am häufigsten begegnen, da sie auch in diversen Starter-Kits wie von Arduino enthalten sind.
Die zweite Leiterplattentechnologie wird Surface-Mounting Technology, kurz SMT genannt. Die zugehörigen Bauelemente heißen Surface Mounted Devices, zu Deutsch „oberflächenmontierte Bauelemente“. Die Abkürzung für die (geläufigere) englische Bezeichnung ist SMD. Auf modernen Elektronik-Leiterplatten wirst du unzählige winzig kleine SMD-Widerstände wie rechts gezeigt entdecken können.
Nun haben wir geklärt welche zwei Bedeutungen „Widerstand“ in der Elektrotechnik hat und welche zwei grundlegenden Bauformen des Bauelements Widerstand es gibt. Wie wirkt ein Widerstand nun aber in einem Stromkreis? Darauf gehen wir im folgenden Abschnitt ein.
Wie wirkt ein Widerstand in einer Schaltung?
Während die Spannung die treibende Kraft beschreibt, mit der Ladung vom höheren Potential zu einem niedrigeren Potential in einer Schaltung gedrückt wird, wird durch den elektrischen Widerstand beschrieben, wie stark der elektrische Strom in einem Stromkreis begrenzt wird. Allgemein ausgedrückt: Hat ein Widerstand (Bauelement) also einen hohen elektrischen Widerstand (physikalische Größe), wird die Stromstärke in einem Stromkreis stark begrenzt, es fließt nur ein geringer Strom. Hat ein Widerstand einen geringen Widerstandswert, kann ein Strom mit einer hohen Stromstärke fließen. Im Wassermodell kannst du dir einen Widerstand als eine Art Treppe mit Hindernissen darauf vorstellen. Mehr zu dieser Metapher findest du im Video etwas weiter unten.
Der charakteristische Zusammenhang zwischen Widerstand, Spannung und Strom wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben. Dieses besagt, dass sich die Spannung an einem Widerstand proportional zum Strom durch einen Widerstand verhält. Heißt je größer die angelegte Spannung an einem Widerstand ist, desto höher ist der resultierende Strom. Oder andersherum ausgedrückt: Je höher der Strom durch einen Widerstand ist, desto höher ist die am Widerstand abfallende Spannung. Die Gleichung zum Ohmschen Gesetz lautet: U = R x I, die zugehörige Eselsbrücke ist einfach das Fantasiewort „URI“.