Elektrischer Widerstand

Physikalische Größe
Name Elektrischer Widerstand
Formelzeichen R,\, Z,\, X
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI Ω M·L2·I−2·T−3
Gauß (cgs) s·cm−1 L−1·T
esE (cgs) s·cm−1 L−1·T
emE (cgs) abΩ L·T−1

Der elektrische Widerstand ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Bauelement, Stromkreis) fließen zu lassen. Dabei sind Gleichgrößen zu verwenden oder Augenblickswerte bei mit der Zeit veränderlichen Größen.

Wenn die Spannung von einem Anschlusspunkt A zu einem Anschlusspunkt B gezählt wird, wird die Stromstärke in dem Leiter positiv gezählt, wenn er von A nach B fließt; der Widerstand kann nicht negativ sein.

Als Formelzeichen für den elektrischen Widerstand wird in der Regel R – abgeleitet vom Lateinischen resistere für „widerstehen“ – verwendet. Der Widerstand hat die SI-Einheit Ohm, ihr Einheitenzeichen ist das Ω (großes Omega).

Schaltzeichen gemäß EN 60617;
Spannung und Stromstärke haben bei diesen Zählrichtungen dasselbe Vorzeichen

Auf historische Zusammenhänge wird im Artikel „ohmsches Gesetz“ eingegangen.

Ohmscher Widerstand

Hauptartikel: ohmsches Gesetz

Grundlegende Zusammenhänge

Ein elektrischer Widerstand ist dann ein ohmscher Widerstand, wenn sein Wert unabhängig von der Spannung, der Stärke des Stromes und irgendwelchen Parametern ist. An einem solchen Widerstand gilt das ohmsche Gesetz. Wird in einem Liniendiagramm die Spannung U über der Stromstärke I aufgetragen, entsteht bei einem ohmschen Widerstand eine Ursprungsgerade; die an einem Bauteil mit ohmschem Widerstand abfallende Spannung ist proportional zur Stromstärke im Widerstand mit dem Proportionalitätsfaktor R; dieser ist zugleich der Anstieg der Geraden:

{\displaystyle U=R\cdot I\ .}

Näherungsweise und mit Einschränkungen kann ein ohmscher Widerstand durch ein Bauelement, im einfachsten Fall einen Metalldraht, realisiert werden. Dieses wird üblicherweise ebenfalls als Widerstand – siehe Widerstand (Bauelement) – bezeichnet.

Wenn durch den Strom im Widerstand ein Spannungsabfall entsteht, wird elektrische Energie in thermische Energie umgesetzt.

Der Kehrwert des ohmschen Widerstands, also der Proportionalitätsfaktor zwischen Stromstärke und Spannung, heißt elektrischer Leitwert G eines Leiters. Es gilt also:

G={\frac  1R}\ .

Berechnung des Widerstands eines Leiters

Der ohmsche Widerstand eines Körpers lässt sich aus seinen geometrischen Abmessungen und einer Material-Konstante, dem spezifischen Widerstand \rho , berechnen.

Resistivity geometry.svg

Für einen in Längsrichtung durchflossenen geraden Leiter mit konstanter Querschnittsfläche A und der Länge l gilt:

R = \rho \cdot \frac lA.

Der spezifische Widerstand selbst ist im Allgemeinen von der Temperatur und eventuell noch weiteren Größen abhängig.

Einflusseffekte

  1. Ein Einfluss der Spannung auf den elektrischen Widerstand ist bei hohen Spannungen und hohen Widerstandswerten zu beachten in der Größenordnung {\displaystyle {\tfrac {\Delta R/R}{\Delta U}}=-10^{-5}{\tfrac {1}{\mathrm {V} }}}, in neuen Entwicklungen von Messwiderständen bis zwei Zehnerpotenzen weniger. Vielfach ist er bei nichtlinearen Widerständen, z.B. Halbleitern, zu beobachten; siehe unten. Ein Spannungseinfluss auf den Widerstand einer Glühlampe ergibt sich indirekt über den Temperatureinfluss.
  2. Ein Einfluss der Frequenz ergibt sich bei vielen Widerständen erst bei höheren Frequenzen durch den Skineffekt, aber selbst bei 50 Hz kommt der Einfluss in dicken Leiterseilen von Hochspannungs-Freileitungen zum Tragen. Bei Wechselstromwiderständen kann ein Frequenz-Einfluss auch bei niedrigen Frequenzen zu beobachten sein; siehe unten. Zur Abgrenzung wird der frequenzunabhängige Anteil am Widerstand auch als Gleichstromwiderstand bezeichnet.
  3. Ein Einfluss der Temperatur ist häufig zu beachten, wie nachfolgend beschrieben:

Die oben aufgestellte Gleichung für den Gleichstromwiderstand eines geraden Leiters wird dann beispielsweise ersetzt durch

Beispiele für spezifischen Widerstand
und Temperaturkoeffizient bei 20 °C
Material \rho_{20} in Ω·mm2/m \alpha_{20} in 1/°C
Silber 16 · 10−3 3,8 · 10−3
Kupfer 17 · 10−3 4,3 · 10−3
Nickel 70 · 10−3 6,6 · 10−3
R_{20}=\rho_{20} \cdot \frac lA \;,

wobei der Index die Celsius-Temperatur kennzeichnet, für die die Größen gelten. In Tabellenbüchern ist die übliche Bezugstemperatur 20 °C. Die Werte sind abhängig von Reinheitsgrad sowie thermischer und mechanischer Behandlung; deshalb sind die Tabellenwerte nur als Richtwerte zu verstehen.

Der Einfluss der Temperatur t auf den Widerstand R(t) lässt sich in einfachen Fällen mit dem Linear-Temperaturkoeffizienten \alpha und dem Temperaturunterschied {\displaystyle \Delta t=t-t_{b}} darstellen. Dann wird der Zusammenhang durch eine lineare Gleichung beschrieben

{\displaystyle R(t)=R(t_{b})(1+\alpha _{t_{b}}\cdot (t-t_{b}))}
bei {\displaystyle t_{b}=20\,^{\circ }\mathrm {C} \;.}

Für die meisten Anwendungen mit metallischen Materialien bei nicht zu großen Temperaturbereichen reicht diese lineare Näherung aus; sonst sind Glieder höherer Ordnung in die Gleichung einzubeziehen.

Je nachdem, ob der Widerstandswert mit steigender Temperatur größer oder kleiner wird, wird unterschieden zwischen

In der Mess- und Regelungstechnik wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes als Messeffekt ausgenutzt, zum Beispiel bei Widerstandsthermometern, weiteren Temperatursensoren, thermischen Anemometern oder Einschaltstrombegrenzern.

Es gibt auch verschiedene spezielle Legierungen, die sich durch einen über weite Temperaturbereiche annähernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand auszeichnen, wie das für einen Messwiderstand erforderlich ist.

Wechselstromwiderstand

Hauptartikel: Impedanz

Darstellung

An einem rein ohmschen linearen Widerstand R, der von Wechselstrom durchflossen wird, haben Spannung und Stromstärke denselben Phasenwinkel. Wenn sich allerdings frequenzabhängig der Widerstand ändert und die Phasenlage verschiebt, ist zum ohmschen Anteil am Widerstand eine Komponente X hinzugekommen, die auf Spannungs- oder Stromänderungen verzögernd reagiert. Bei sinusförmigem Verlauf von Spannung und Stromstärke wird der Quotient aus den Amplituden oder Effektivwerten als Scheinwiderstand Z bezeichnet. In der komplexen Wechselstromrechnung wird der Scheinwiderstand mit dem Phasenverschiebungswinkel \varphi_z als Impedanz oder komplexer Widerstand {\underline {Z}} zusammengefasst:

\underline Z=Z\cdot {\mathrm  {e^{{j\varphi _{z}}}}}\ .

In einer anderen Darstellung werden die zwei Komponenten in der komplexen Ebene zueinander rechtwinklig zu {\underline {Z}} zusammengefasst:

 \underline Z =R+ \mathrm jX\ .

Darin werden R als Wirkwiderstand und X als Blindwiderstand bezeichnet. Der Wirkwiderstand, welcher nicht phasenverschiebend arbeitet, wird auch als ohmscher Anteil der Impedanz bezeichnet.

Werden die Spannung u und die Stromstärke i als sinusförmige Größen mit der Frequenz f oder der Kreisfrequenz \omega =2\pi f in der komplexen Ebene durch Zeiger \underline u und {\displaystyle {\underline {i\,}}} dargestellt, so entsteht unter Einbeziehung der Eulerschen Formel

Impedanz als Zeiger in der komplexen Ebene mit ihren Komponenten
\underline Z={\frac  {\underline u}{\underline i}}={\frac  {{\hat  u}\cdot {\mathrm  e}^{{{\mathrm  j}(\omega t+\varphi _{u})}}}{{\hat  \imath }\cdot {\mathrm  e}^{{{\mathrm  j}(\omega t+\varphi _{i})}}}}=Z\cdot {\mathrm  e}^{{{\mathrm  j}(\varphi _{u}-\varphi _{i})}}=Z\cdot (\cos \varphi _{z}+{\mathrm  j}\sin \varphi _{z})

mit

\varphi_u - \varphi_i = \varphi_z\ .

Ursachen der komplexen Widerstände

Bei einer Spule mit der Induktivität L gilt

u=L\ \frac{\mathrm di}{\mathrm dt}\ .

Aufgrund einer Spannung wächst die Stromstärke mit der Zeit an. Bei Wechselstrom folgt dieser verzögert. Mit dem Ansatz in komplexer Schreibweise \underline u und \underline {i\,} wie oben ergibt sich nach der Differenziation

\underline u=\mathrm j \omega L \cdot {\underline i}
{\frac  {\underline u}{\underline i}}={\mathrm  j}\omega L={\mathrm  j}X\ .

Das X wird hier als induktiver Blindwiderstand bezeichnet

X=X_{L}=\omega L\geq 0\ .

Zusammen mit dem Faktor \mathrm {j} bedeutet das Ergebnis, dass eine Induktivität für sinusförmige Wechselgrößen wie ein phasendrehender Blindwiderstand wirkt. Mit \mathrm j = \mathrm {e^{j \pi/2}}\ ergibt sich \varphi_z =\mathrm \pi/2 =+90^\circ.

Der Scheinwiderstand einer Induktivität ist ein zur Frequenz proportionaler, aber im Übrigen linearer Widerstand.

Entsprechend gilt bei einem Kondensator mit der Kapazität C

u=\frac1C \int i \mathrm dt\ .

Aufgrund eines Stromes wächst die Spannung mit der Zeit an. Bei Wechselspannung folgt diese verzögert. In komplexer Schreibweise und nach der Integration ergibt sich

\underline u =\frac1{\mathrm j \omega C} \cdot \underline i
{\frac  {\underline u}{\underline i}}={\frac  1{{\mathrm  j}\omega C}}=-{\mathrm  j}\;{\frac  1{\omega C}}={\mathrm  j}X\ .

Das X wird hier als kapazitiver Blindwiderstand bezeichnet

X=X_{C}=-{\frac  1{\omega C}}\leq 0\ .

Zusammen mit dem Faktor \mathrm {j} bedeutet das Ergebnis, dass eine Kapazität für sinusförmige Wechselgrößen wie ein phasendrehender Blindwiderstand wirkt. Hier ist \varphi_z =-\pi /2=-90^\circ.

Der Scheinwiderstand einer Kapazität ist ein zur Frequenz umgekehrt proportionaler, aber im Übrigen linearer Widerstand.

Umrechnungen

Durch Vergleich der Darstellungen

\underline Z=R+{\mathrm  j}X=Z\cdot (\cos \varphi _{z}+{\mathrm  j}\sin \varphi _{z})

ergeben sich

\operatorname {Re} \underline Z = Z \cdot \cos \varphi_z = R (Wirkwiderstand),
\operatorname {Im} \underline Z = Z \cdot \sin \varphi_z = X (Blindwiderstand)

und für den Scheinwiderstand:

Z = |\underline Z| =\frac {|\underline u|}{|\underline i|} = \frac {\hat u}{\hat \imath}= \frac {u_{\text{eff}}}{i_{\text{eff}}}
oder
Z = \sqrt{R^2 + X^2}

und für den Phasenverschiebungswinkel zwischen \underline u und \underline {i\,}:

\varphi_z = \arctan \frac XR\ .

Sonderfälle

\varphi_z = \arctan \frac X0 .
  • Für {\displaystyle X>0} ist \varphi_z=+90^\circ und \underline Z= \mathrm jZ = \mathrm jX ;
  • für {\displaystyle X<0} ist \varphi_z =-90^\circ und \underline Z= -\mathrm jZ = \mathrm jX .
\varphi_z = \arctan \frac 0R = \arctan 0 = 0^\circ
\underline Z= Z =R .

Zusammenschaltung, Ersatzwiderstand

Ersatzschaltbilder für Wechselstromwiderstände
links: Parallelschaltung
rechts: Reihenschaltung

Als Ersatzwiderstand wird der komplexe elektrische Widerstand bezeichnet, der denselben Widerstand besitzt wie eine elektrische Schaltung oder der Teil einer elektrischen Schaltung, den er ersetzt. Ein Ersatzwiderstand kann das Verhalten komplexer elektrischer Anordnungen veranschaulichen und eine Berechnung ermöglichen; siehe auch Ersatzschaltbild.

Tatsächlich auftretende Wechselstromwiderstände lassen sich häufig durch Reihenschaltung oder Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand mit einer Induktivität oder mit einer Kapazität beschreiben. Welches der Bilder verwendet wird, ist eine Frage der besseren Annäherung an die Wirklichkeit mit möglichst frequenzunabhängigen Größen und der Zweckmäßigkeit für die mathematische Behandlung.

Bei genauer Betrachtung hat aber auch jeder Kondensator einen kleinen induktiven Anteil, so wie eine Spule auch einen kapazitiven Anteil hat. Selbst ein Stück Draht muss exakt mit R, C und L beschrieben werden; siehe auch Leitungsbelag. Dies zeigt sich im Besonderen dann, wenn die Bauelemente mit ihren geometrischen Abmessungen in den Bereich der Wellenlänge der angelegten Wechselspannung kommen; dann besitzen sie eine nicht zu vernachlässigende Induktivität und Kapazität. Sie werden gegebenenfalls zum Schwingkreis, als Beispiel sei hier die Antenne genannt. Deren Enden dürfen als Kondensatorplatten gesehen werden, der Draht dazwischen als Spule.

Werden ein ohmscher Widerstand und ein Blindwiderstand zusammengeschaltet, so können in komplexer Schreibweise die weiter unten folgenden Regeln für Reihen- und Parallelschaltung angewendet werden.

Werden eine kapazitive und eine induktive Impedanz zusammengeschaltet, so entsteht bei genügend kleiner ohmscher Belastung ein Schwingkreis; die Reihen- und Parallelschaltung und die weiteren Konsequenzen werden unter diesem Stichwort behandelt.

Ortskurve

Ortskurve der Impedanz einer RL-Reihenschaltung
Ortskurve der Impedanz einer RC-Parallelschaltung

Ein anschauliches Hilfsmittel zur Analyse und Beschreibung von Schaltungen mit Wechselstromwiderständen ist die Ortskurve.

Komplexe Größen lassen sich durch Zeiger in der komplexen Ebene darstellen. Wenn die komplexe Größe eine Funktion eines (reellen) Parameters ist und wenn dieser Parameter variiert wird, verschiebt sich die Spitze des Zeigers. Eine Linie durch alle denkbaren Zeigerspitzen wird als Ortskurve bezeichnet.

Die Bilder zeigen Ortskurven der Impedanz als Funktion der Frequenz für die angegebenen Schaltungen. Bei einer RL- oder RC-Reihenschaltung mit einem von der Frequenz unabhängigen ohmschen Widerstand ist auch der Wirkanteil der Impedanz von der Frequenz unabhängig. Bei der entsprechenden Parallelschaltung sind der Wirk- und der Blindanteil der Impedanz ersichtlich beide von der Frequenz abhängig.

Reihen- und Parallelschaltung

Reihenschaltung

Hauptartikel: Reihenschaltung

Werden n ohmsche Widerstände hintereinander geschaltet, so addieren sich die Widerstände:

{\displaystyle R_{\text{rei}}=\sum _{k=1}^{n}R_{k}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}={\frac {1}{G_{1}}}+{\frac {1}{G_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{G_{n}}}}

Dieses lässt sich an der Reihenschaltung zweier Widerstände veranschaulichen, die sich nur in der Länge l unterscheiden.

Die Reihenschaltung ergibt einen Widerstandskörper der Länge l_1+l_2. Dann gilt:

Widerstand R1 plus R2.svg
{\displaystyle R_{\text{rei}}=\rho \cdot {\frac {l_{1}+l_{2}}{A}}=\rho \cdot {\frac {l_{1}}{A}}+\rho \cdot {\frac {l_{2}}{A}}=R_{1}+R_{2}}

Bei n gleichen Widerständen (R_n = R_1 = R_2 = \cdots) ist der Gesamtwiderstand so groß wie der mit der Anzahl der Widerstände multiplizierte Einzelwiderstand:

{\displaystyle R_{\text{rei}}=n\cdot R_{n}}

Der Widerstand einer Reihenschaltung ist stets größer als der größte Einzelwiderstand. Eine Ausnahme gibt es bei Wechselstromwiderständen im Reihenschwingkreis.

Parallelschaltung

Hauptartikel: Parallelschaltung

Werden n ohmsche Widerstände nebeneinander geschaltet, so addieren sich die Leitwerte beziehungsweise die reziproken Widerstände:

{\displaystyle G_{\text{par}}=G_{1}+G_{2}+\cdots +G_{n}}
{\displaystyle {\frac {1}{R_{\text{par}}}}=\sum _{k=1}^{n}{\frac {1}{R_{k}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}}

Dieses lässt sich an der Parallelschaltung zweier Widerstände veranschaulichen, die sich nur in ihrer Querschnittsfläche A unterscheiden.

Die Parallelschaltung ergibt einen Widerstandskörper der Querschnittsfläche A_1+A_2. Dann gilt:

Widerstand R1 R2 parallel.svg
{\displaystyle R_{\text{par}}=\rho \cdot {\frac {l}{A_{1}+A_{2}}}}

und umgestellt

{\displaystyle {\frac {1}{R_{\text{par}}}}={\frac {A_{1}+A_{2}}{\rho \cdot l}}={\frac {A_{1}}{\rho \cdot l}}+{\frac {A_{2}}{\rho \cdot l}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}}

Für die Parallelschaltung gibt es eine alternative Schreibweise mit dem Parallel-Zeichen {\displaystyle {\|}}:

{\displaystyle R_{\text{par}}=R_{1}\|R_{2}\|\cdots \|R_{n}}

Speziell für zwei parallele Widerstände gilt:

{\displaystyle R_{\text{par}}={\frac {R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}

Bei n gleichen Widerständen ist der Gesamtwiderstand so groß wie der durch die Anzahl der Widerstände dividierte Einzelwiderstand:

{\displaystyle R_{\text{par}}={\frac {1}{n}}R_{n}}

Der Widerstand einer Parallelschaltung ist stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Eine Ausnahme gibt es bei Wechselstromwiderständen im Parallelschwingkreis.

Differentieller Widerstand

Hauptartikel: Differentieller Widerstand und Kleinsignalverhalten

Bei nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinien – wie zum Beispiel von Dioden – ist der Quotient für jedes Strom-Spannungs-Paar unterschiedlich. In diesem Fall gilt das ohmsche Gesetz nicht, und man kann nicht von einem linearen Widerstand R sprechen. Kleine Spannungsänderungen sind jedoch näherungsweise proportional zu damit verbundenen kleinen Stromstärkeänderungen. Der Quotient aus kleiner Spannungsänderung und zugehöriger Stromstärkeänderung bei einer bestimmten Spannung wird als differentieller Widerstand r bezeichnet. In einem Diagramm, in dem U über I aufgetragen wird, entspricht er der Steigung der Tangente am betrachteten Punkt der Kennlinie.

r={\frac  {{\mathrm  d}U}{{\mathrm  d}I}}

Negativer differentieller Widerstand

Strom- Spannungscharakteristik einer Tunneldiode

Der differentielle Widerstand kann in einem Teil der Kennlinie negativ sein, so dass die Stromstärke bei steigender Spannung sinkt beziehungsweise die Stromstärke bei sinkender Spannung steigt. Im Bild ist das im Bereich UP < U < UV der Fall. Ein negativer differentieller Widerstand kann zum Anregen (Entdämpfen) von Schwingkreisen oder zur Erzeugung von Kippschwingungen verwendet werden (Oszillator). Der negative differentielle Widerstand tritt zum Beispiel bei Gasentladungen oder bei Bauteilen wie Avalanche- und Tunneldioden auf, in einfachen elektronischen Schaltungen wie der Lambda-Diode, aber auch bei komplexeren Modulen wie z.B. Schaltnetzteilen auf der Eingangsseite.

Positiver differentieller Widerstand

Bei positiven differentiellen Widerständen nimmt die Stromstärke mit zunehmender Spannung zu. Alle real existierenden Schaltungselemente besitzen in einem Teil ihrer Kennlinie, jedoch stets für sehr große Werte, einen positiven differentiellen Widerstand. Die meisten Elemente in der Schaltungstechnik besitzen einen ausschließlich positiven differentiellen Widerstand.

Beispiele: realer Widerstand, Diode, Zener-Diode, alle halbleitenden Keramiken.

Der elektrische Widerstand im Teilchenmodell

Die physikalische Beschreibung benutzt die Vorstellung, dass sich die Valenzelektronen im Metall wie ein Gas (Elektronengas) verhalten. Im einfachsten Modell bildet das Metall ein positiv homogen geladenes Volumen, in denen sich die Elektronen frei bewegen können. In dieses Volumen sind die Atomrümpfe eingebettet, die aus dem Atomkern und den stärker gebundenen Elektronen auf den tieferen, vollbesetzten Schalen bestehen.

Ohne äußere elektrische Spannung bewegen sich die Elektronen ungeordnet im Metall (siehe brownsche Bewegung). Legt man nun eine Spannung an, so werden die freien Elektronen durch das elektrische Feld in Richtung der Feldlinien beschleunigt. Es fließt ein elektrischer Strom.

Auf ihrem Weg durch das Metall kommt es zu elastischen Stößen der Elektronen mit anderen Elektronen, den Atomrümpfen und Phononen. Dabei geben die Elektronen Energie an ihre Stoßpartner ab, werden gestreut und wieder durch das elektrische Feld beschleunigt. Die Elektronen werden durch diese Wechselwirkung dauernd abgebremst und es stellt sich eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit ein.

Die bei diesen Stößen an die Atomrümpfe beziehungsweise Phononen übertragene Energie führt zu einer größeren Eigenschwingung um ihre Gleichgewichtslage, ihre Temperatur erhöht sich. Durch die stärkeren Schwingungen erhöht sich die Querschnittsfläche für mögliche Stöße, deren Anzahl mit steigender Temperatur zunimmt und den Widerstand steigen lässt (Kaltleiter). Der Leitungsvorgang in Heißleitern kann mit diesem Modell nicht vollständig erklärt werden, da es hier mit steigender Temperatur zu einer deutlichen Ladungsträgergeneration kommt, die den eben beschriebenen Vorgang überlagern.

Bei sehr hohen Temperaturen, bei denen die Atome des Materials ionisiert werden (Plasma), ist jeder Stoff elektrisch leitend, da die vorher gebundenen Elektronen nun für den Ladungstransport zur Verfügung stehen. Umgekehrt sind Metalle und Oxide bekannt, für die der elektrische Widerstand bei sehr niedrigen Temperaturen unterhalb einer spezifischen Sprungtemperatur verschwindet: Supraleiter besitzen bei Gleichstrom keinen ohmschen Widerstand, Strom fließt bei dieser tiefen Temperatur ohne Verluste.

Durch die thermische Bewegung der Elektronen entsteht ein temperaturabhängiger Rauschstrom, der als Widerstandsrauschen bezeichnet wird.

Hall-Effekt

Der Hall-Widerstand gibt das Verhältnis Spannung zu Stromstärke eines Hallelementes bei einer bestimmten magnetischen Flussdichte an, wobei diese Spannung quer zur Stromdichte auftritt. Er charakterisiert das Hall-Element bzw. die magnetische Flussdichte, hat jedoch mit dem elektrischen Widerstand dieses Hall-Elementes nichts zu tun.

Der Quanten-Hall-Effekt äußert sich dadurch, dass bei tiefen Temperaturen und starken Magnetfeldern die senkrecht zur Stromdichte auftretende Spannung nicht wie beim klassischen Hall-Effekt linear mit der Flussdichte anwächst, sondern in Stufen. Dieses Phänomen führt auf eine universelle Naturkonstante, die „Von-Klitzing-Konstante“ von der Dimension Widerstand. Da die Von-Klitzing-Konstante relativ einfach gemessen werden kann, wurde vorgeschlagen, sie als Normal für Messungen des elektrischen Widerstands zu verwenden.

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 20.07. 2021