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Ohmsche und nicht-ohmsche Leiter

1900
Techniker misst im Labor die Strom-Spannungs-Kennlinien von ohmschen und nicht-ohmschen elektrischen Bauteilen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Leiter werden nach ihrer Einhaltung von Ohmsches Gesetz. Ohmic materials, like most metals at a constant temperature, exhibit a constant resistance, leading to a linear current-voltage (I-V) graph. Non-ohmic materials and devices, such as diodes and transistors, have a resistance that varies with voltage or current, resulting in a non-linear I-V characteristic curve.

Die Unterscheidung zwischen ohmschem und nicht-ohmschem Verhalten ist grundlegend für die Elektronik. Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Bauelements ist eine Gerade durch den Ursprung mit der Steigung 1/R. Dieses vorhersagbare, lineare Verhalten ist nützlich für Bauteile wie Widerstände, deren Hauptfunktion darin besteht, den Stromfluss um einen bestimmten Betrag zu begrenzen.

Im Gegensatz dazu bilden nicht-ohmsche Bauelemente die Grundlage der aktiven Elektronik. Eine Halbleiterdiode beispielsweise weist einen sehr geringen Widerstand bei Stromfluss in Durchlassrichtung (Vorwärtsrichtung) und einen sehr hohen Widerstand in Sperrrichtung (Rückwärtsrichtung) auf. Diese nichtlineare, asymmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie ermöglicht es ihr, als Einweg-Gate für den Stromfluss zu fungieren. Ähnlich verhält es sich mit dem Widerstand eines Transistor Sie lassen sich durch eine geringe Eingangsspannung oder einen geringen Eingangsstrom steuern und können so als Verstärker oder Schalter fungieren. Die Nichtlinearität dieser Bauteile ermöglicht komplexe Informationsverarbeitung, von Funkempfängern bis hin zu Digitalrechnern.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Das Ohmsche Gesetz, das die lineare Grundbeziehung lieferte
  • Die Entdeckung von Halbleitermaterialien und des pn-Übergangs
  • Erfindung der Vakuumröhre, eines frühen nichtohmschen Geräts
  • Entwicklung der Festkörperphysik zur Erklärung des Ladungstransports in verschiedenen Materialien

Anwendungen

  • Halbleiterdioden zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom (Gleichrichtung)
  • Transistoren zur Signalverstärkung und -schaltung
  • Thermistoren als Temperatursensoren
  • Varistoren zum Schutz von Schaltkreisen vor Spannungsspitzen
  • Leuchtdioden (LEDs) für effiziente Beleuchtung

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • memristors for neuromorphes Rechnen chips that mimic the human brain
  • Organische LEDs (OLEDs) mit einstellbarer IV-Charakteristik für flexible Displays
  • Peltier devices with non-linear properties optimized for thermoelectric cooling
  • Galliumnitrid (GAN)-Transistoren für hocheffiziente Stromversorgungen
  • Photovoltaikzellen mit konstruierten IV-Kurven zur Maximierung der Leistungsabgabe unter unterschiedlichen Lichtbedingungen
  • supraleitende Fehlerstrombegrenzer, die sofort von Null auf hohen Widerstand umschalten
  • Chemische Sensoren, bei denen sich die IV-Kurve eines Materials bei Kontakt mit bestimmten Analyten ändert
  • Spintronische Geräte mit nichtlinearem Magnetowiderstand zur Datenspeicherung
  • Tunneldioden zur Erzeugung hochfrequenter Schwingungen
  • selbstheilende Polymere, deren nicht-ohmsche Eigenschaften sich bei der Reparatur von Schäden ändern
Verwandte Begriffe: ohmsch, nicht-ohmsch, Strom-Spannungs-Kennlinie, Halbleiter, Diode, Transistor, Thermistor, Widerstand, Linearität, Elektronik.

Historischer Kontext

Ohmsche und nicht-ohmsche Leiter

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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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