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Fotowiderstände gehören zu den Halbleiterbauelementen, die keinen pn-Übergang besitzen. Ihr Funktionsprinzip gründet sich auf den inneren lichtelektrischen Effekt. Durch Bestrahlung mit Licht werden Elektronen aus den Atomhüllen der Halbleiteratome entfernt und stehen anschließend als frei bewegliche Ladungsträger für Leitungsvorgänge zur Verfügung. Dadurch sinkt bei stärkerer Beleuchtung der ohmsche Widerstand des Bauelementes.

Als Kennlinie bezeichnet man eine Funktionskurve in einem speziellen x-y-Diagramm, mit deren Hilfe man das Leitungsverhalten eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes grafisch darstellen kann. Meist untersucht man die Stromstärke-Spannungs-Kennlinie (I-U-Kennlinie), das heißt, man stellt in einem Stromstärke-Spannung-Diagramm dar, wie hoch die Stromstärke ist, die bei einer bestimmten an einem Bauelement anliegenden Spannung durch dieses Bauelement fließt.

Der elektrische Widerstand eines Bauelementes oder Gerätes gibt an, welche Spannung für einen elektrischen Strom der Stärke 1 A erforderlich ist. Er wird in der Einheit Ohm ($1\Omega$) gemessen.
Befinden sich in einem Stromkreis mit einer elektrischen Quelle mehrere Bauelemente (Widerstände, Glühlampen, Spulen, ...), so können diese in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Der Gesamtwiderstand der Schaltung hängt von der Art der Schaltung und vom elektrischen Widerstand der betreffenden Bauelemente ab.

Solche Größen wie elektrische Spannung, elektrische Stromstärke und elektrischer Widerstand sind schon aus dem Unterricht der Sekundarstufe 1 bekannt. Das gilt auch für die grundlegenden Gesetze der Reihen- und Parallelschaltung. Mit den gleichen Größen lasssen sich auch Vorgänge im Wechselstromkreis beschreiben, wobei dort neben ohmschen Widerständen auch induktive und kapazitive Widerstände eine Rolle spielen. Schwerpunkt des Tests sind grundlegende Begriffe und Gesetze, die auch für viele Anwendungen von Bedeutung sind.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Gleichstromkreis und Wechselstromkreis".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Ein Tauchsieder besitzt einen hohen ohmschen Widerstand und wandelt deshalb große Mengen elektrischer Energie in Wärme um. Neben einem hochohmigen, meist wendelförmig gebogenen Widerstandsteil, besteht ein Tauchsieder nur noch aus einem isolierten Griff und einem Stromanschluss.

Ein Kondensator stellt hochfrequentem Wechselstrom so gut wie keinen kapazitiven Widerstand entgegen, besitzt aber für Gleichstrom praktisch einen unendlich hohen ohmschen Widerstand. Diese Eigenschaft kann zur Trennung von Gleich und Wechselstrom genutzt werden.

Ein Strom, dessen Richtung sich periodisch ändert, wird als Wechselstrom bezeichnet. Dazu muss der Strom nicht unbedingt den zeitlichen Verlauf einer Sinusfunktion besitzen. Allerdings ist der sinusförmige Wechselstrom technisch am weitesten verbreitet, da er bei der Stromgewinnung in Wechselstromgeneratoren entsteht. Mit der Stromstärke ändert sich in einem Wechselstromkreis auch die Spannung periodisch. Die periodischen Verläufe von Stromstärke und Spannung können, müssen aber nicht zusammenfallen. Oft sind Strom- und Spannungsverlauf gegeneinander phasenverschoben.

Widerstände, deren elektrischer Widerstand im Gleichstromkreis genauso groß ist wie im Wechselstromkreis, nennt man ohmsche Widerstände. Bei ihnen verlaufen im Unterschied zu induktiven und kapazitiven Widerständen Spannung und Stromstärke zeitlich gleich. Bei Stromfluss wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt.

In Widerstandsthermometern nutzt man die Abhängigkeit des ohmschen Widerstandes von der Temperatur. Mit der Veränderung dieses Widerstandes geht eine Erhöhung oder Verringerung der fließenden Stromstärke bzw. der am Bauelement abfallenden Spannung einher. Beide Größen können gemessen werden und dienen nach entsprechender Eichung zur Angabe von entsprechenden Temperaturwerten.

Allgemein versteht man unter der elektrischen Leistung den Quotienten aus der an einem Bauelement umgesetzten elektrischen Energie und der Zeit. Im Wechselstromkreis tritt eine Besonderheit auf: An Wirkwiderständen (ohmschen Widerständen) wird elektrische Energie in andere Energieformen umgesetzt. Dagegen „pendelt“ an Blindwiderständen (induktiven und kapazitiven Widerständen) die elektrische Energie zwischen der Quelle und dem Bauelement hin und her, ohne dass die Energie nach außen abgegeben wird. Demzufolge ist analog zu den Wechselstromwiderständen zwischen Wirkleistung P, Blindleistung Q und Scheinleistung S zu unterscheiden. Es gelten folgende Beziehungen:

$\begin{array}{l}P=U\cdot I\cdot \cos \varphi Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi S=U\cdot I\\ \text{Für den Zusammenhang zwischen den Leistungen gilt:}\\ S=\sqrt{P^2+Q^2}\\ \end{array}$

Unter Wechselstromwiderständen versteht man ohmsche, induktive und kapazitive Widerstände. Für die Parallelschaltung solcher Widerstände gelten im Wechselstromkreis andere Gesetze als für Widerstände im Gleichstromkreis. Der Gesamtwiderstand Z, der auch als Scheinwiderstand bezeichnet wird, kann bei Parallelschaltung von Wechselstromwiderständen berechnet werden mit der Gleichung:

$\frac{1}{Z}=\sqrt{\frac{1}{R^2}+{\left(\frac{1}{X_{\text{C}}}-\frac{1}{X_{\text{L}}}\right)}^2}\text{oder}\frac{1}{Z}=\sqrt{\frac{1}{R^2}+{\left(\omega \cdot C-\frac{1}{\omega \cdot L}\right)}^2}$

Unter Wechselstromwiderständen versteht man ohmsche, induktive und kapazitive Widerstände. Für die Reihenschaltung solcher Widerstände gelten im Wechselstromkreis andere Gesetze als für Widerstände im Gleichstromkreis. Der Gesamtwiderstand Z, der auch als Scheinwiderstand bezeichnet wird, kann bei Reihenschaltung von Wechselstromwiderständen berechnet werden mit der Gleichung:

$Z=\sqrt{R^2+{\left(X_L-X_C\right)}^2}\text{oder}Z=\sqrt{R^2+{\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C}\right)}^2}$

Für die Spannungsverteilung gilt, dass die Summe der Teilspannungen größer ist als die Spannung der anliegenden Spannungsquelle.

Unter einem Wechselstromkreis versteht man einen Stromkreis, in dem sich die Polarität der elektrischen Quelle periodisch so ändert, dass sich auch die Flussrichtung periodisch ändert. Wir beschränken uns auf die Betrachtung von sinusförmigem Wechselstrom. Wie im Gleichstromkreis bilden auch im Wechselstromkreis ohmsche Widerstände ein Hindernis für den Strom, also einen elektrischen Widerstand. Darüber hinaus verhalten sich im Wechselstromkreis auch Kondensatoren und Spulen wie elektrische Widerstände. Den Widerstand eines Kondensators bezeichnet man als kapazitiven Widerstand, den einer Spule als induktiven Widerstand. Alle drei Arten von Widerständen im Wechselstromkreis werden als Wechselstromwiderstände bezeichnet. Sie weisen jeweils Besonderheiten auf, die in dem Beitrag ausführlich dargestellt sind.