Was macht ein Widerstand?

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?

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, .$E = IR$

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.

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.

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.