Der elektrische Widerstand ist ein Ausdruck für das, bei gleicher Temperatur, konstante Verhältnis von Spannung und Strom in einem von freien Ladungsträgern durchflossenen elektrischen Leiter.
Dieser konstante Zusammenhang von Spannung und Strom wurde zuerst von Georg Simon Ohm entdeckt.
U / I = const; Ohm’sches Gesetz
Physikalischer Hintergrund
Ein elektrischer Widerstand ist im Grunde nichts anderes als ein elektrischer Leiter, der aufgrund seiner materiellen Beschaffenheit den elektrischen Strom mehr oder weniger schlecht leitet. Deshalb kann man für die Erklärung der physikalischen Abläufe auf das Beispiel des elektrischen Leiters zurückgreifen:
Wird an einen elektrischen Leiter eine elektrische Spannung angelegt, setzten sich die darin vorhandenen freien Ladungsträger in Bewegung. Es fließt ein elektrischer Strom durch den Leiter. Allerdings stoßen freie Ladungsträger auf ihrem Weg immer wieder mit den Atomrümpfen des Metallgitters zusammen und die Ladungsträgerbewegung, der Fluss des elektrischen Stroms, wird behindert.
Je nach dem, wie viele freie Ladungsträger das Material eines elektrischen Leiters enthält und wie stark die Atomrümpfe die Ladungsträgerbewegung behindern, können mehr oder weniger freie Ladungsträger pro Zeiteinheit den elektrischen Leiter durchfließen. Diese Eigenschaft wird als spezifischer Widerstand eines elektrischen Leiters bezeichnet. Er ist bei konstanter Temperatur eine Materialkonstante.
Dieser Zusammenhang bezieht sich allerdings nur auf Leiter oder elektrische Widerstände, die tatsächlich dem Gesetz von Ohm entsprechen, bei denen das Verhältnis von Spannung und Strom also wirklich konstant ist. Es gibt elektrische Leiter ( Widerstände ) die sich nicht linear verhalten. ( Zum Beispiel ionisierte Gase oder pn-Übergänge in Halbleitern ) Für Sie gilt das Ohmsche Gesetz U / I = const also nicht.
Deshalb bezeichnet man in der Elektrotechnik den elektrischen Widerstand, der sich nach den von Ohm gefundenen Gesetzmäßigkeiten verhält als Ohmschen Widerstand.
Ohmscher Widerstand
Das in der Elektrotechnik verwendete Symbol für den Widerstand ist R, die Einheit das Ohm oder ausgedrückt in SI-Einheiten: V/A. In der Physik findet man oft auch die Definition in den Basiseinheiten des MKSA-Systems: kg·m2·s−3·A−2.
Das konstante Verhältnis von Spannung, Strom und Widerstand wird durch folgende Größengleichung definiert:
Spannung / Strom = Widerstand
U / I = R
Welche Spannung ist hier überhaupt gemeint? Gemeint ist die Spannung, die an den beiden Anschlüssen der Widerstandes abgegriffen werden kann. Man spricht dabei auch vom Spannungsabfall am Widerstand R.
Das ist gar nicht so selbstverständlich, wie es auf den ersten Blick vieleicht scheint. Man könnte sich ja auch auf die Versorgungsspannung beziehen. Im Falle eines einfachen Stromkreises mit nur einem Widerstand wäre die Spannungsdifferenz, die man zwischen Versorgungsspannung und dem Spannungsabfall am Widerstand messen könnte wahrscheinlich sehr gering und deshalb zu vernachlässigen. In Schaltungen mit mehreren Bauteilen ist das natürlich anders.
Für den Strom, der durch den Widerstand fließt, gilt das auch. Ganz eindeutig wird das, wenn man die Größengleichung für Spannung, Strom und Widerstand etwas umschreibt:
Spannungsabfall an Widerstand R / Strom durch Widerstand R = Widerstand
UR / IR = R