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Das Ohmsche Gesetz einfach erklärt

Das ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang von Strom, Spannung und Widerstand. Leicht verständlich wird es, wenn man den Stromkreis als Wasserfluss betrachtet. Dabei ist die Spannungsquelle eine Pumpe und der Widerstand eine Rohrverstopfung.

Das ohmsche Gesetz im Wasserkreismodell

Einfacher Stromkreis mit Strom, Spannung und Widerstand
Bild 1: Das ohmsche Gesetz im einfachen Stromkreis



Im einfachen Stromkreis ist die Spannung V die Kraft, welche den Strom I durch den Leiter treibt. Gebremst wird der Strom dabei durch den Widerstand R.
Einfacher Wasserkreislauf mit Pumpe, Röhren und Filter als Widerstand
Bild 2: Der einfache Stromkreis als Wassermodell


Genauso erzeugt die Pumpe einen Druck, der das Wasser durch die geschlossene Röhre presst. Das Kiesbett ist ein schlecht leitender Rohrabschnitt, der den Wasserstrom bremst und ihm einen Widerstand entgegensetzt. Je stärker dieser Widerstand wirkt, desto langsamer fliesst der Wasserstrom. Andererseits wird der Wasserstrom grösser, wenn die Leistung der Pumpe und damit der Druck erhöht wird.

Äquivalent zum ohmschen Gesetz lässt sich die Flussgeschwindigkeit durch den Druck der Pumpe und die Durchlässigkeit des Kiesbetts beschreiben:

Formel zum Ohmschen Gesetz und dem Wassermodell:

Formel des ohmschen Gesetzes_ I = U/R
Bild 3: Formel ohmsches Gesetz

Formel für die Flussgeschwindigkeit von Wasser in einem Röhrensystem
Bild 4: Formel der Flussgeschwindigkeit, äquivalent zum ohmschen Gesetz

Widerstandskennlinie für drei Widerstände
Bild 5: Die Widerstandskennlinie beschreibt den Strom, abhängig von der Spannung



Das ohmsche Gesetz beschreibt, welcher Strom fliesst, wenn an einem elektrischen Widerstand eine Spannung anliegt und wie sich dieser Strom proportional zu einer Spannungsänderung verhält. Den Strom erhält man, wenn man die Spannung V durch den Widerstand R teilt.
In einem vergleichbaren Zusammenhang steigt die Wassergeschwindigkeit, wenn der Pumpendruck erhöht wird. Und wenn der Widerstand des Kiesfilters grösser wird, sinkt die Stärke des Wasserflusses.

Der Widerstand

Der Widerstand ist ein schlechter Leiter und bremst den Elektronenfluss. Das kommt daher, dass das Widerstandsmaterial eine hohe Anzahl starre Atomrümpfe aufweist, mit denen die fliessenden Elektronen zusammenstossen. Die dadurch freiwerdende kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt. Die Elektronen müssen sich den Weg um diese Hindernisse suchen, dabei mehrmals Richtung wechseln und stossen dabei auch untereinander zusammen.
Genauso suchen im Kiesfilter die Wassermoleküle ihren Weg zwischen den starren Steinen hindurch. Sie müssen dabei ebenfalls mehrmals die Richtung wechseln und bauen dabei ihre kinetische Energie ab. Genau wie die Elektronen zwischen den Atomrümpfen haben auch die Wassermoleküle zwischen den Steinen nur wenig Platz und werden daher abgebremst.

Widerstand Schaltsymbol und ein Kiesfilter für Flüssigkeiten
Bild 6: Der Widerstand wird durch ein Kiesfilter nachgebildet

StromkreisWassermodellVerhalten
StromFluss-
geschwindigkeit
Ergibt sich aus Antriebskraft und Widerstand
SpannungDruckTreibt den Fluss an
WiderstandDurchlässigkeitBremst den Fluss
Tabelle 1: Grössen im Stromkreis und im Wassermodell


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Einfacher Stromkreis mit Strom, Spannung und Widerstand
Bild 1: Das ohmsche Gesetz im einfachen Stromkreis
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Einfacher Wasserkreislauf mit Pumpe, Röhren und Filter als Widerstand
Bild 2: Der einfache Stromkreis als Wassermodell
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Formel des ohmschen Gesetzes_ I = U/R
Bild 3: Formel ohmsches Gesetz
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Formel für die Flussgeschwindigkeit von Wasser in einem Röhrensystem
Bild 4: Formel der Flussgeschwindigkeit, äquivalent zum ohmschen Gesetz
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Widerstandskennlinie für drei Widerstände
Bild 5: Die Widerstandskennlinie beschreibt den Strom, abhängig von der Spannung
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Widerstand Schaltsymbol und ein Kiesfilter für Flüssigkeiten
Bild 6: Der Widerstand wird durch ein Kiesfilter nachgebildet

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