Widerstand in der Archäologie | Allesistmathematik

Elektrischer Widerstand in der Archäologie

Wie finden Archäologen versteinerte Dinosaurierknochen, ohne überall graben zu müssen? Tatsächlich hilft ihnen dabei der elektrische Strom.

Frankfurt a. M. (Deutschland) - Das Museum für Naturkunde freut sich über den spektakulären Fund versteinerter Dinosaurierknochen, welcher einem Team von Forschenden am vergangenen Mittwoch gelang. Die leitende Archäologin, Frau Dr. Martina Karlsbach, sprach mit unserem Reporter vom Tagesblatt über die Suche nach solchen verborgenen Schätzen in der Erde.

1) Was haben Archäologen mit Strom zu tun?

Tageblatt: Frau Dr. Karlsbach, herzlichen Glückwunsch zur Entdeckung der versteinerten Dinosaurierknochen!

Karlsbach: Ja, vielen Dank! Ich freue mich wirklich sehr und bin stolz auf die Leistung meines ganzen Teams.

Tageblatt: Woher wissen Sie als Archäologin eigentlich, wo sich Dinosaurierknochen im Boden befinden können? Wahlloses Graben ist wohl keine gute Lösung, oder?

Karlsbach: Nein, ganz sicher nicht. Die Landschaft oder die Knochen selbst könnten dabei zerstört werden. Aber zum Glück haben wir Methoden, mit denen wir erfolgversprechende Stellen aufspüren können, die Geoelektrik beispielsweise.

Tageblatt: Das klingt interessant! Können Sie diese Methode etwas genauer erläutern?

Karlsbach: Sehr gerne. In der Geoelektrik erforscht man Erdböden durch Messung elektrischer Größen. Dazu stecken wir zwei Metallstäbe, sogenannte Elektroden, in die Erde. An diesen Elektroden erzeugen wir mit unserem Generator eine Spannung (= elektrischer Druckunterschied) von bis zu 800 Volt. Dadurch entsteht in der Erde eine Elektronenströmung. Diese Elektronenströmung ist anders, je nachdem ob Knochen im Erdreich vorhanden sind oder nicht. Die Elektronenströmung wird nämlich von Knochen und Erdreich unterschiedlich stark gebremst bzw. behindert.

2) Warum leiten manche Materialien den elektrischen Strom besser als andere?

Sind Knochen im Erdreich vorhanden (Stelle B), ist die Elektronenströmung anders, als wenn dort keine Knochen sind (Stelle A). Die Elektronenströmung wird nämlich von unterschiedlichen Materialien, zum Beispiel von Knochen und Erdreich, unterschiedlich stark gebremst bzw. behindert.

Je stärker die Elektronenströmung von einem Material gebremst bzw. behindert wird, desto größer ist der elektrische Widerstand des Materials.

Man kann grob drei Kategorien unterscheiden.

guter Leiter

Metalle wie Kupfer, Silber und Gold sind sehr gute Leiter. Sie sind so beschaffen, dass die Elektronen sehr selten mit den Atomrümpfen zusammenstoßen. Der elektrische Widerstand ist daher äußerst gering und die Elektronen strömen fast ungehindert durch das Metall.

mittelguter Leiter

Bei vielen Materialien sind die Atomrümpfe unregelmäßig angeordnet, weshalb die strömenden Elektronen oft mit den Atomrümpfen zusammenstoßen. Durch die Stöße mit den Atomrümpfen fangen diese an, immer stärker zu schwingen. Dadurch steigt die Temperatur des Materials. Nach dem Stoß bewegen sich die Elektronen in Strömungsrichtung weiter.

Nichtleiter (Isolatoren)

Bei Nichtleitern können sich die Elektronen gar nicht frei bewegen, sondern "kleben" an den Atomrümpfen. Es kann daher zu keiner Elektronenströmung kommen. Der elektrische Widerstand ist somit extrem groß. Nichtleiter werden auch Isolatoren genannt. Typische Isolatoren sind z.B. Porzellan, Kunststoff, Gummi und Holz.

3) Wie kann man den Widerstand R eines Materials bzw. Bauteils bestimmen?

Der Widerstand R lässt sich mithilfe des Ohm'schen Gesetzes bestimmen. Dazu muss man zunächst die Spannung U und die Stromstärke I des Stromkreises messen.

Mittels Voltmeter misst du die am Widerstand anliegende Spannung U.

Mittels Amperemeter misst du die Stromstärke I der Elektronenströmung durch den Widerstand.

Danach setzt du diese beiden Größen in die Formel des Ohm'schen Gesetzes ein.

Ohm'sches Gesetz:

Beispielrechnung zur obigen Schaltung: