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Elektronik - Grundlagen. Gleichstrom

Lineare Bauelemente im Gleichstromkreis

Hier soll der Begriff »linear« genauer definiert werden

von Leonhard Stiny

Definition des Begriffes »linear«

Hier soll der Begriff »linear« genauer definiert werden. Ein Bauelement nennt man linear, wenn gilt:

Wirkung(n*Ursache) = n*Wirkung(Ursache)
Wirkung(Ursache1) +Wirkung(Ursache2) =Wirkung(Ursache1 + Ursache2)

In Worten:

Die Wirkung der n-fachen Ursache ist gleich der n-fachen Wirkung der einfachen Ursache.
Die Summe der Wirkungen von Ursache 1 und Ursache 2 ist gleich der Wirkung aus der Summe beider Ursachen.

Dieser Zusammenhang wird als sogenanntes Überlagerungsprinzip (Superpositionsprinzip) bezeichnet.
Beispiel: Durch einen ohmschen Widerstand mit konstantem Wert fließt bei n-facher Spannung auch ein n-facher Strom.

Es gilt:

Durch einen Widerstand fließt bei n-facher Spannung ein n-facher Stom.

Die Summe der Ursachen ergibt die Summe der Wirkungen

Für ein lineares Bauteil gilt folgendes Kennzeichen:

Der Strom durch das Bauteil ist unabhängig von Höhe und Richtung des Stromes.
DerWiderstand des Bauteiles ist somit konstant und unabhängig vom Strom.

Lineare Bauelemente und Schaltungen aus linearen Bauelementen (lineare Netzwerke, auch lineare Systeme genannt) lassen sich mit einfachen Methoden berechnen.

Anmerkung: Das lineare Verhalten von Bauelementen ist eine Idealisierung, die in der Realität nur für begrenzte Bereiche der Spannungen und Ströme (und auch dann nur näherungsweise) zutrifft.

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Der ohmsche Widerstand

Der ohmsche Widerstand, kurz Widerstand, begrenzt den Strom nach dem Ohmschen Gesetz. Die Wirkungsweise, der Verwendungszweck und die Ausführungsformen von Widerständen werden erklärt.

Wirkungsweise des Widerstandes

Durch den Vergleich des elektrischen Stromes mit Wasser sei hier sei noch einmal ein Denkmodell für die Wirkungsweise einesWiderstandes angeführt. Ein Widerstand behindert das Fließen der Elektronen und vermindert somit den elektrischen Strom. Im Vergleich mit Wasser kann man sich das Bauteil »Widerstand« in seiner Wirkung wie eine Verengung in einer Wasserleitung vorstellen.

Wird in einem geschlossenen Wasserkreislauf durch ein dickes Wasserleitungsrohr mit konstantem Druck Wasser hindurchgepumt, so fließt durch den Querschnitt des Rohres eine bestimmte Menge Wasser pro Zeiteinheit (z.B. 1 Liter pro Sekunde). Eine Verengung in dem Wasserleitungsrohr würde dem Fließen des Wassers einen Widerstand entgegensetzen.

Durch den dünnen Teil des Rohres würde z.B. nur noch ½ Liter Wasser pro Sekunde fließen. Da der dünne Teil des Rohres ein Bestandteil des geschlossenen Wasserkreislaufes ist, würde an jeder Stelle des Rohres, also auch im dicken Teil, nur noch diese geringere Wassermenge fließen. An der Stelle, an der sich das Rohr verengt, staut sich das Wasser und der Wasserdruck erhöht sich somit.

Wird der Wasserdruck im Kreislauf sehr stark erhöht, so kann der dünne Teil des Rohres platzen. In einem geschlossenen Stromkreis mit konstanter Spannung fließen bei einem dicken Draht pro Zeiteinheit mehr Elektronen durch den Leiterquerschnitt als bei einem dünnen Draht. Der Strom (die Stromstärke in Ampere) ist beim dicken Draht höher.

Verengt sich ein dicker Draht, so stellt die Verengung einen Widerstand für das Fließen der Elektronen dar, die Stromstärke im gesamten Stromkreis ist kleiner.

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