Ohmsches Gesetz

Dieses 1827 von G. S. Ohm entwickelte Gesetz beschreibt die Beziehungen zwischen Stromstärke, Spannung und elektrischem Widerstand eines elektrischen Leiters.

Bei den Metallen ist der elektrische Widerstand messbar. Nach diesem grundlegenden Gesetz wird die Spannung mit U (in Volt), der gemessene Strom I (in Ampere) und der elektrische Widerstand R (in Ohm, Symbol W = Omega) bezeichnet. Das Ohmsche Gesetz erscheint daher in der Form

Weiterhin ist es wichtig zu wissen, dass bei gleichem Leitermaterial, beispielsweise Kupfer, der elektrische Widerstand mit der Länge l (z. B. Länge eines Drahts oder einer Kupferschiene) zunimmt und mit dem Querschnitt q (also mit dem Durchmesser des Drahtes oder dem Querschnitt einer Kupferschiene) abnimmt.

Unter gleichen Bedingungen setzen andere Metalle (z. B. Al, Fe oder Au) dem elektrischen Stromfluss naturgemäß einen anderen Widerstand entgegen, d. h. der elektrische Widerstand ist nicht nur von der Länge (l) und dem Querschnitt (q) eines Leiters abhängig, sondern auch von der Art des Stoffs. Dieser „stoffspezifische“ Faktor wird mit r (griech. rho) bezeichnet. Damit kann der Ohmsche Widerstand (elektrischer Widerstand) ebenfalls berechnet werden:

r (W · cm) ist der spezifische elektrische Widerstand.

Er ist für die Leiter 1. Klasse der Widerstand eines Drahts von 1 m Länge und einem Querschnitt von 1 mm2.

Für Elektrolyte gilt im Prinzip das gleiche. Dabei wird der „stoffspezifische Faktor“ bei Elektrolyten meist nicht als r (rho), sondern als 1/r, also der umgekehrte (reziproke) Wert des spezifischen Widerstandes angegeben. Dieser reziproke Wert wird mit k (Kappa) bezeichnet und heißt elektrische Leitfähigkeit:

k = 1 (W–1 · cm–1) r

(Die SI-Einheit der elektrischen Leitfähigkeit (W–1 · m–1) ist das Siemens (S/m). In den USA wird sie durch die Umkehrung von Ohm → mho) bezeichnet.

Die Leitfähigkeit der Elektrolyte und vor allem die des Ab- oder Kreislaufwassers wird sehr häufig falsch angegeben. Dabei wird die Längeneinheit 1 m bzw. 1 cm einfach weggelassen. Das kann zu schweren Irrtümern führen, denn

Da die Leitfähigkeit des Wassers sehr klein ist, wird sie in der Regel in der Form 1 µS/cm angegeben.

Die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolyte ist z. B. auch von der Beweglichkeit der Ionen, von ihrer Konzentration (Aktivität), der Ladungszahl sowie der ElektrolytTemperatur abhängig.