Der Komet 3409 – Seite 5

Nr. 3409 >>DER KOMET« PIRMASENS Egon, im Sicherungskasten hat's geknallt! Widerstände (2. Folge.) Heute haben wir nun einige Themen zu be- sprechen, die etwas Anforderungen stellen, da man sie nicht so gut veranschaulichen und ich Ihnen keine Versuche zeigen kann. Nachdem wir uns aber doch schon ganz gut in der so- genannten Fachsprache unterhalten können, stelle ich fest, daß wir uns auch schon gut an- einander gewöhnt haben. Wollen wir also heute den elektrischen Widerstand besprechen. Unsere Frage: Was ist ein Widerstand? Ein Widerstand ist ein verhältnismäßig schlechter Leiter. Widerstände werden verwendet in den Stromverbrauchern und stellen z. B. den Glüh- faden in den Glühlampen, die Heizspirale in Heizöfen, Bügeleisen, Kochern usw. dar. Auch werden sie zu Tausenden in den Geräten, wie Verstärker, Rundfunk- und Fernsehgeräten, ver- wendet. Es gibt kein Gebiet der Elektrotechnik, in dem nicht Widerstände eine Rolle spielen. Im gewissen Sinne zählen auch die Zuleitungen zu den einzelnen Verbrauchern als Widerstände. Besonders auf großen Entfernungen sind diese wirksam. Widerstände sind also, genauer gesagt, verschiedene Metalle mit jeweils verschiedenen Widerständen, ebenso Flüssigkeiten vom Was- ser bis zur Schwefelsäure - sowie Kohle und ähnliche Stoffe. Das waren also die guten Leiter, kurz Leiter genannt. Das Gegenteil sind Nicht- leiter oder Isoliermaterialien, wie Gummi, Glas, Porzellan u. a. Außerdem gibt es noch die so- genannten Halbleiter, wie Holz u. a. Die Unterscheidung der einzelnen Widerstände kann nach dem sogenannten spezifischen Wider- stand und dem Leitwert vorgenommen werden. Der spezifische R gibt an, welchen Widerstand in Ohm 1 Meter Draht besitzt, der einen Me- tallquerschnitt hat von 1 qmm oder 1 mm² -Kurzzeichen = 10 Beispiel aus nach- stehender Tabelle: 1 m 10 Kupfer =0,018 Ohm. Man kann aber auch den Leitwert angeben. Er besagt: um 1 Ohm zu bekommen, werden x Meter (siehe Tabelle) Draht von 1 Stärke benötigt. Beispiel Kupfer: 57,1 m, 10 = 1 Ohm. Werkstoff Leitwert Widerst. a) Reine Metalle p X Aluminium 0,0287 34,8 Aldrey 0,0333 30,0 Blei 0,21 4,8 Eisen (WM 13) 0,13 7.7 Kupfer 0,018 57,1- Nickel 0,10 10,0 0,11 9,0 0,95 1,01 0,016 62,5 0,055 18.2 0,06 16,5 0,13 Platin Quecksilber Silber Wolfram Zink Zinn b) Legierungen Konstantan, Rheotan 7,7 0,50 2,0 Neusilber Nickelin (2) } 0,30 3,3 WM 30 0,30 3.3 Nickel-Chrom-Stahl 1,0 1,0 Chrom-Nickel (WM 100) 1,1 0,91 Stahlchromaluminium (WM 140) 1,4 0,71 Messing 0,074 Elektron 0,0833 Somit hätten 13,5 12...18 100 m Kupferdraht, 10 1,8 Ohm und 100 m Chromnickeldraht, 10 110 Ohm. Sie sehen, wie unterschiedlich sich die Metalle verhalten. Also wird man Kupfer zu Leitungen, die dem Strom wenig Widerstand entgegensetzen sollen, verwenden und die höher gelegenen Me- talle zu Widerständen in Stromverbrauchern verarbeiten. ,,Der Strom hat mir ein Lied erzählt." Sie brau- chen nur an einem eingeschalteten Motor oder Transformator zu hören. Mit unseren modernen Schlagern hat dies aber nichts gemeinsam, es ist nicht melodiös, nicht geistreich, und reimen tut es auch nicht. Doch möchte ich damit nur ein Beispiel an Stelle eines Versuches bringen. Ich komme von weit her und eile durch die langen Leitungen, was mir fast gar nichts aus- macht. Dann komme ich zu meinen Abnehmern, und schon von da an fühle ich mich beengt. Und dann diese Stromverbraucher! Da muß ich durch ein ganz kleines Loch hindurch (mitunter kann ich auch Umweg einen bequemen kleinen machen und ausbüxen), und in diesen Wider- ständen geht meine ganze Kraft verloren. Auch die Ampere gehen nicht in der Menge durch, wie ich das gerne hätte. Doch nicht nur ich habe diese Arbeit, auch dem Widerstand wird es ganz schön heiß. Dadurch habe ich schon manchen dieser unschönen Widerstände zum Glühen ge- bracht, was mich wieder einigermaßen beruhigt. Uns aber beruhigt das leider noch nicht, denn wir wollen so manches noch genauer wissen. Über das Verhalten von Widerständen gibt es nämlich noch ein Gesetz, das sogenannte Kirch- hoffsche Gesetz. Wir werden es nicht ausführlich behandeln, da es nicht sehr interessant ist, doch sei ein Lehrsatz angeführt: Der gesamte Wider- stand mehrerer hintereinandergeschalteter Wi- derstände ist gleich ihrer Summe. In der folgenden Abbildung sehen Sie das Wider- standszeichen. Die dabeistehende Zahl bedeutet die Größe in Ohm. Über jeden Widerstand habe ich ein Voltmeter angelegt (Anzeigerät für elektrische Spannung), ebenso habe ich ein sol- ches an die Eingangsklemmen der Spannung ge- legt; außerdem wurde ein Strommesser in den Stromkreis (Amperemeter) eingeschaltet. 6 V = ΤΩ B ww ΤΩ A C Wir haben in vorliegender Abbildung einen Stromkreis, in dem 2 R eingeschaltet sind von je 1 Ohm. Diese R sind hintereinandergeschaltet. Als treibende Spannung sind 6 Volt vorhanden. Nachdem also der Strom den einen Widerstand passiert hat, muß er durch den 2. R auch noch hindurch. Für den Strom sieht also die Sache so aus, daß er durch einen Gesamtwiderstand von 2 Ohm muß, an dem sich die Spannung von 6 Volt verbraucht. Es fließen also in den Strom- kreis 3 Ampere (nach dem Ohmschen Geestz). Dieser Strom wird durch das Amperemeter an- gezeigt. Bei dem Amperemeter ist es nun gleich, ob es am Eingang bei Punkt A oder zwischen den Widerständen bei Punkt B oder in der Ab- leitung bei Punkt C eingeschaltet wird. Wir merken: was zufließt, fließt auch ab, da der Spannungsunterschied zwischen Plus und Minus auftritt. Die über den Widerständen angebrachten Volt- meter zeigen je 3 Volt an. Man spricht: an den Widerständen fallen je 3 Volt Spannung ab, Schließen wir nun mal einen R von den beiden kurz durch, überbrücken von Punkt a nach b oder c nach d durch einen Draht, dann ändert sich der Kreis wie folgt: Es ist also nur noch 1 R mit 1 Ohm wirksam, an dem nun die ganze Spannung von 6 Volt abfällt (wird durch das zu- gehörige Voltmeter angezeigt); 1 Ohm bei 6 Volt ergibt aber nach dem Ohmschen Gesetz 6 Ampere. Da dies aber doch noch einfach war und Sie sicher mehr von diesen Sachen zu hören wün- schen, kramen wir noch aus der Mottenkiste die gemischte Schaltung. Wollen wir nun 2 verschiedene Widerstände in die vorgeschriebene Schaltung einbauen, und zwar einen mit 1 Ohm und einen mit 2 Ohm, so ergibt dies einen Gesamt-R von 3 Ohm = 2 Amp. Aber es fallen an den beiden R nicht mehr gleichmäßige Spannungen ab. Nehmen wir an, der erste R ist 1 Ohm, der zweite R ist auf 2 Ohm erhöht, so wird sich das Verhältnis so ergeben, daß das Instrument vom ersten R 2 Volt anzeigt und das vom 2. R auf 4 Volt anschlägt. Wollen Sie sich bitte überlegen, daß die gesamte Span- nung aufgeteilt wird in die einzelnen Wider- standsgrößen. Würden Sie bei gleicher Spannung zehnmal größere Widerstände nehmen, also 10 und 20 Ohm, dann würde sich nach dem Ohm- schen Gesetz der Strom ändern, der Spannungs- abfall an den Widerständen R 1 und R 2 aber gleichbleiben. Das war die Hintereinanderschaltung von Wider- ständen. Die Parallelschaltung werden Sie nun ganz leicht verstehen. 152 wwwww wwww Seite 5 Der Gesamt-R ist bei Parallelschaltung immer kleiner als der kleinste. Gedankenstütze: 2 Rohre lassen mehr Wasser durch. Als Gesamtwider- stand der Schaltung 12 Ohm. 152 www 152 www 152 152 1.2 www Nun aber wird es gemischt, alles ist durchein- ander. Man nennt so eine Zusammenschaltung auch Brückenschaltung (Brücke der R in der Mitte). Diesen Brückenwiderstand wollen wir mal weglassen. Es ergeben sich dann je zwei hintereinandergeschaltete Zweige, die parallel liegen. Also hat diese Anordnung den Wider- stand von 1 Ohm. Auch wenn der 5 R (die Brücke) eingeschaltet wird, ändert sich daran nichts, da der Strom immer den besten Weg geht. Über die Brücke würde in jedem Fall ein höherer Widerstand für den Strom auftreten. Die Brücke bleibt also stromlos, wenn alle R ab- solut gleich sind. Falls nun ein Längswiderstand geändert wird, wird ein Strom über die Brücke fließen. Diese Tatsache wird in elektrischen Meßgeräten ausgenützt. Es dürfte sehr zum Ver- ständnis beitragen, wenn Sie selbst bei der Brückenschaltung im Geiste verschiedentlich Ohmwerte ändern würden und sich dann über- legen, welchen Weg der Strom nimmt. Auf die Formel zur Berechnung der Brückenschaltung wollen wir nicht eingehen, da diese nicht oft gebraucht wird. Ich möchte damit in Ihnen nur das richtige Ge- fühl wecken für die Vorgänge in der Elektro- technik. Dazu noch einen Versuch, den Sie leicht provisorisch durchführen können. Sie benötigen dazu 5 Fassungen und 5 Glühlampen gleicher Wattzahl, ca. 25 Watt. Wenn Sie es recht schön und übersichtlich machen wollen, dann schrau- ben Sie die Fassungen in der Reihenfolge auf ein Brett wie die Widerstände in der Brücken- schaltung - für jeden Widerstand eine Fassung. Dann verbinden Sie, wie angegeben, und schlie- Ben bei Punkt A und B die Netzspannung an, 220 Volt. Beim Hantieren mit der Netzspannung stehen Sie immer auf trockenem Holzboden. Nun verrate ich Ihnen ein kleines Geheimnis: Fassen Sie nicht zwei spannungsführende Drähte Einer beißt nicht, wenn Sie trocken stehen. Am besten schließen Sie erst die Spannung an, wenn alles fertig ist und auch die Glühlampen ein- geschraubt sind. Es ereignet sich folgendes: Die 4 Lampen, die die Längswiderstände darstellen, brennen genau mit halber Spannung. Die fünfte Brückenlampe leuchtet nicht. Danach machen Sie Ihre Überlegungen, daß eine größere Lampe einen geringeren Widerstand hat und tauschen eine Lampe gegen eine solche mit höherer Watt- zahl aus. Die ganze Anordnung wird gestört und die Brückenlampe glüht auch die Brücke ist aus dem Gleichgewicht gebracht. an. Bedenken brauchen Sie keine zu haben, pas- sieren kann nichts dabei. Nur müssen Sie auf- passen und beim Arbeiten den Strom abschalten. Sollte die Anordnung nicht gleich richtig funk- tionieren, zumal wenn Sie Aufschraub- oder Illuminationsfassungen benutzen, gebe ich Ihnen noch einen Typ: Es kann eine Lampe defekt sein oder nicht richtig aufsitzen. Schließen Sie zur Probe mit einem Draht eine nach der anderen kurz (nicht gleichzeitig). Wenn Sie eine defekte Lampe erwischt haben, leuchtet die andere hell auf. Versuchen Sie sich auch diesen gleichen Vorgang zu erklären, Sie werden sicherer in der Handhabung. In vielen Geschäften sind noch Illuminationen mit 14-Volt-Lampen vorhanden, die in Serien zu ca. 15-16 Stück an der Spannung von 220 V liegen. Der Ärger ist groß und hört nimmer auf. Immer ist eine Birne oder Fassung defekt. Zeichnen Sie sich die einzelnen Serien mit einem Farbstrich (zum Erkennen der Serie lockern