8.2 Wechselstromwiderstände
Der Ohm'sche Widerstand
Für den Ohm'schen Widerstand gilt wie beim Gleichstrom 
.
Ohm'sche Widerstände entstehen oft schon durch die Kabelverbindungen. Für einen elektrischen Leiter gilt:
mit dem spezifischen Widerstand 
des Kabelmaterials (meistens Kupfer) sowie der Querschnittsfläche des Kabels 
und der Länge des Kables 
.
Bei einem Schaltkreis mit einem Ohm'schen Widerstand schwingen Spannung und Stromstärke in Phase, sie haben also keine Phasenverschiebung.
Der ohm'sche Widerstand wird auch Wirkwiderstand genannt. Denn nur er kann (im Gegensatz zu den Blindwiderständen s.u.) zu einer tatsächlichen Leistung (Wirkleistung) einestechnischen Gerätes führen.
Der kapazitive Widerstand
Ein Kondensator ist für Gleichstrom ein Isolator. Das ist bei Wechselstrom ganz anders. Je höher die Frequenz des Wechselstroms, desto kleiner ist der kapazitive Widerstand:
mit der Kreisfrequenz des Wechselstroms 
und der Kapazität des Kondensators 
.
Wenn in einem Stromkreis mit einem Kondensator ein Strom fließt, dann lädt sich dieser auf. Sind die Platten "voll" und damit die Spannung am höchsten, dann fließt kein Strom mehr. dann fließt der Strom wieder zurück, die Spannung sinkt usw.. Das führt dazu, dass der Strom in einem Kondensator der Spannung um eine Phasenverschiebung von 
vorausläuft.
Das hat erhebliche Folgen für die Wechselstrom-Leistung:
Wie man an den Funktionsgraphen sieht, nimmt die Leistung mit der Zeit nun genau so viel positive Werte, wie negative Funktionswerte an. Das heißt in der Summe leistet so ein Stromkreislauf nichts. So eine Leistung nennt man Blindleistung. Der kapazitive Widerstand 
ist daher auch ein sogenannter Blindwiderstand.
Allerdings gibt es in der Regel keine "reinen Kapazitäten" in Stromkreisläufen. Wir werden später sehen, dass dann doch ein wenig oder sogar viel Leistung überbleibt, je nach Ausführung des Schaltkreises. Und wenn so durch eine Kapazität Leistung verloren geht, dann hat das die gleiche Wirkung wie ein ohm'scher Widerstand. Nur dass hier nicht Leistung in Wärme oder Arbeit verwandelt wird, sondern durch das Auf- und Abbauen eines elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten.
Der induktive Widerstand
Nicht nur Kondensatoren, sondern auch Spulen erzeugen bei Wechselstrom einen Widerstand durch das Auf- und Abbauen magnetischer Felder. Wenn in Spulen eine Spannung anliegt, dann erzeugt diese einen Induktionsstrom. In Spulen läuft daher die Spannung der Stromstärke um eine Phasenverschiebung von voraus. Dadurch entsteht ein induktiver Widerstand
mit der Kreisfrequenz des Wechselstroms und der Induktivität der Spule 
.
Auch hier entsteht eine reine Blindleistung. Daher nennt man 
auch einen Blindwiderstand. Doch gerade Spulen haben nie einen "reinen" induktiven Widerstand. Da Spulen aus einer ganzen Menge Draht bestehen, haben Sie immer auch einen Ohm'schen Widerstand, der zum induktiven Widerstand hinzuaddiert werden muss (s.u.).
Wirkwiderstände und Blindwiderstände
Die Wirkwiderstände und die Blindwiderstände bilden in einem Wechselstromschaltkreis den sogenannten Scheinwiderstand 
. Der Scheinwiderstand ist das, was der Experimentator misst, wenn er mit einem Messgerät einen Wechselstromschaltkreis untersucht. Dieser Widerstand heißt Scheinwiderstand, weil er für den Experimentator real zu existieren scheint. Allerdings setzt sich dieser Scheinwiderstand aus den Blindwiderständen 
und 
(bzw. dem Blindwiderstand 
) und dem Wirkwiderstand 
zusammen.
Bei Gleichstrom konnte man den Schluss ziehen, dass ein hoher Widerstand auch eine hohe Wirkung erzielt. D.h. der elektrische Leiter ist warm oder hell geworden (Heizung oder Lampe) oder hat einen Motor angetrieben oder ähnliches. Das ist bei Wechselstrom anders, denn der Blindwiderstand führt nicht zu einer messbaren Leistung. Ein hoher Scheinwiderstand muss nicht zu einer hohen nutzbaren Leistung führen. Wie viel Leistung abgeführt werden kann, ist nur vom Wirkwiderstand 
abhängig.
Hohe Scheinwiderstände führen dazu, dass ein Teil der hineingebrachten elektrischen Energie in den elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert wird, die von Kondensatoren und Spulen erzeugt werden.
Scheinwiderstand und Impedanz
Die Summe aller Widerstände in einer Wechselstromschaltung wird als Impedanz bezeichnet. Der Betrag der Impedanz, also die Amplitude, wird auch Scheinwiderstand genannt. Es ist der Widerstand, der für einen Experimentator da zu sein scheint, wenn er eine Wechselstrom-Schaltung untersucht.
Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik12-2:1.9 Wechselstrom