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Ein Widerstand an sich ist ein elektrisches Bauelement mit einem ohmschen Widerstand. Ein PTC Widerstand gehört dabei zum Typs der Halbleiter und Thermistoren. Widerstände lassen sich unter anderem dafür verwenden, um den elektrischen Strom zu begrenzen oder eine Spannung in einer Schaltung aufzuteilen. Kaltleiter sind Halbleiterwiderstände und temperaturabhängig. Das „PTC“ bedeutet „Positive Temperature Coefficient“. Das verweist auf den positiven Temperaturkoeffizienten dieser Halbleiter.
Ein Halbleiter kann unter anderem aus polykristalliner Keramik bestehen. Normalerweise wirkt Keramik isolierend. Kaltleiter hingegen verwenden eine Bariumtitanat-Keramik. Hierdurch erhalten sie ihre leitende Eigenschaft und ihren positiven Temperaturkoeffizienten. Durch das Bariumtitanat wird er „dotiert“, das heisst, das Material wird mit Fremdatomen verunreinigt. Diese Fremdatome ermöglichen den Stromfluss. Aufgrund dieser Eigenschaften leitet er bei geringen Temperaturen den Strom besser. Steigt die Temperatur an, dann erhöht sich der Widerstand und es fliesst weniger Strom. Man spricht auch von Potenzialwällen.
Für Bauelemente dieser Art bieten sich viele Anwendungsmöglichkeiten. Eine wichtige Aufgabe von Halbleitern ist die Temperaturmessung in Motoren oder Transformatoren mit starker thermischer Belastung. Halbleiter verwendet man in Widerstandsthermometern als interne oder externe Temperaturfühler, häufig geschieht das in Automobilen. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Temperaturmessung bei Bauelementen mit Übertemperaturschutz oder Überstromschutz. Dabei verringern die Kaltleiter die Stromstärke der angeschlossenen Verbraucher. Früher kamen sie auch in Röhrenfernsehern und Röhrenmonitoren zur Anwendung. Hier entmagnetisierten sie die Lochmasken mittels geschalteter Spulen. In Glühlampen befinden sich ebenfalls PTC Widerstände.
In der Haushalts- und Industrieelektronik verwendet man drei grundlegende Typen von PTC Widerständen:
Die Widerstandswerte sind beim Kaltleiter Nullwiderstände. Der Nennwiderstand gibt an, wie hoch der Widerstand bei einer Temperatur von 25 Grad ist. Erst mit steigender Temperatur steigt der Widerstandswert unaufhörlich an, sobald der Kaltleiter eine bestimmte Temperatur überschritten hat. Die einzelnen Materialien und individuellen Ausführungen können sich je nach Hersteller in der Genauigkeit unterscheiden.
Es gibt eine Reihe von Materialien, aus denen Kaltleiter bestehen können:
Heissleiter sind das Gegenstück zum Kaltleiter. Ihre Bezeichnung ist NTC (Negative Temperature Coefficient). Die elektrische Leitfähigkeit der Heissleiter steigt mit höheren Temperaturen. Ähnlich wie ein Kaltleiter verhält sich der Heissleiter nichtlinear. NTCs bestehen häufig aus Eisenoxiden, Titandioxiden und anderen Metalloxiden. Bei Raumtemperatur verhalten sie sich hochohmig. Bei zunehmender Temperatur verringert sich der Widerstandswert. NTC Widerstände verwendet man unter anderem bei der elektronischen Temperaturmessung. Bei Widerstandsthermometern verwendet man sie für externe und interne Temperaturfühler.
Den Temperaturkoeffizienten nennt man auch Temperaturbeiwert. Dieser Wert oder Koeffizient beschreibt die relative Änderung eines physikalischen Wertes in Relation zu der Änderung der Temperatur. Dazu gibt es eine Bezugstemperatur. Temperaturkoeffizienten geben in Länge oder Volumen den Druck, den elektrischen Widerstand, die Temperaturspannung und andere physikalische Grössen wieder. Es besteht entweder ein linearer oder ein nichtlinearer Zusammengang. Bei den meisten elektrischen Bauelementen muss man diesen Wert immer einberechnen. Widerstandsthermometer wie Kalt- und Heissleiter machen sich den Temperaturkoeffizienten jedoch zunutze. Bei standardisierten Widerstandsthermometern des Typs Pt100 Polynome nutzt man zur Berechnung der absoluten Temperatur den gemessenen Widerstand. Die Bezugstemperatur ist in diesem Fall null Grad.
Sobald man den Kaltleiter konstant mit Strom versorgt, erhöht sich der Widerstand des PTCs. Damit steigt die Wärmeleistung an und ein „labiles Gleichgewicht“ setzt ein. Stattdessen setzt man die Kaltleiter lieber konstant unter Spannung. Bei steigender Temperatur sinkt dann die Wärmeleistung und der Kaltleiter kann sich schneller abkühlen. Bei der Temperaturfühlung mit Mikrocontrollern verfügt der Kaltleiter oft über einen Vorwiderstand mit konstanter Betriebsspannung.
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Glühlampen werden mehr und mehr aus dem Handel verbannt, während Energiesparlampen zwar eine stromsparende Alternative sind, jedoch im Licht sehr grell und für bestimmte Räume ungeeignet bleiben. Daher sind LEDs die bessere Wahl – allerdings lassen sich die Leuchtmittel schlecht dimmen. Es gibt Dimmer für das Leuchtmittel der LEDs, die spezielle Aufgaben erfüllen. Nicht jeder ist für Leuchten dieser Art geeignet. Tatsächlich kann ein falscher Dimmer sogar die Lampe beschädigen. Wissenswertes über Dimmer für LEDs gibt es hier.
Das Ohmsche Gesetz ist eine der wichtigsten Formeln in der Elektrotechnik. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand mit einer ganz einfachen Gleichung. Hier erfährst du, wie leicht du damit eine unbekannte Grösse in einem Stromkreis ausrechnen kannst. Zudem bekommst du ein paar nützliche Grundlagen mit auf den Weg. So lernst du etwa wie du den Widerstand eines Leiters berechnest und was es mit Leitern erster und zweiter Klasse auf sich hat.
Volumenstromregler regulieren den Luftstrom, vor allem in Lüftungsanlagen. Sie können als Low-Tech-Bauteile auf einen bestimmten Wert voreingestellt werden oder als variable Volumenstromregler mit Stellantrieb den Befehlen einer Gebäudeautomation gehorchen. Letztere erlauben es, die Zu- und Abluft für jeden einzelnen Raum grosser Gebäudekomplexe zentral zu steuern. Damit sind sie in modernen Gebäuden zu unverzichtbaren Ausführungsgehilfen der Gebäudeleittechnik geworden.
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