Wo die Energie hingeht
Wenn Strom durch einen Widerstand fliesst, wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Nicht als Nebenwirkung — das ist der ganze Vorgang. Ein Widerstand ist streng genommen eine kleine Heizung mit bekanntem Wert.
Wie viel Wärme entsteht, sagt die Leistung, Formelzeichen P, Einheit Watt (W):
P = U · I
Also: Spannung über dem Bauteil mal Strom durch das Bauteil. Wieder gilt — beide Werte gehören zu demselben Bauteil.
Zwei nützliche Umformungen
Weil U = R · I gilt, lässt sich P auch ohne Umweg über den Strom ausrechnen:
P = U² / R (wenn du Spannung und Widerstand kennst) P = R · I² (wenn du Strom und Widerstand kennst)
Die erste Form ist die praktischste: Bei einem Widerstand, der direkt an einer bekannten Spannung hängt, siehst du die Verlustleistung sofort.
Beachte das Quadrat. Doppelte Spannung bedeutet vierfache Wärme, nicht doppelte. Das ist der Grund, warum eine Schaltung, die an 3.3 V klaglos läuft, an 12 V rauchen kann.
Ein Beispiel mit Zahlen
Derselbe Widerstand, zweimal durchgerechnet.
150 Ω an 3.3 V:
I = 3.3 V / 150 Ω = 22 mA P = 3.3 V · 0.022 A = 0.073 W
Ein gewöhnlicher Widerstand aus der Bastelkiste ist für 0.25 W ausgelegt („Viertelwatt"). 0.073 W sind knapp ein Drittel davon — reichlich Reserve, er bleibt handwarm.
Derselbe 150 Ω an 12 V:
I = 12 V / 150 Ω = 80 mA P = 12 V · 0.08 A = 0.96 W
Fast das Vierfache der zulässigen 0.25 W. Der Widerstand wird sehr heiss, verfärbt sich und geht mit der Zeit kaputt. Und beachte das Verhältnis: Die Spannung ist knapp vierfach — die Leistung gut dreizehnfach.
Die Belastbarkeit ist eine Bauteileigenschaft, kein Wunsch
Jeder Widerstand hat zwei Angaben: seinen Wert in Ohm und seine Belastbarkeit in Watt. Die Belastbarkeit steht nicht auf dem Bauteil — man erkennt sie an der Baugrösse. Grösser heisst mehr Oberfläche heisst mehr Wärme abführen.
Faustregel für diesen Kurs: Rechne P aus und nimm ein Bauteil mit mindestens dem Doppelten als Belastbarkeit. Bei allem, was du am ESP32 mit 3.3 V baust, liegst du mit Viertelwatt-Widerständen fast immer weit auf der sicheren Seite.
Die Grenzen des ESP32
Dieselbe Logik gilt für den Mikrocontroller — nur dass dort die Grenze nicht an der Wärme, sondern an den winzigen Transistoren im Chip hängt.
Merke dir diese Zahlen:
| Grösse | Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| Logikspannung | 3.3 V | High ist 3.3 V, nicht 5 V |
| Strom pro Pin, absolutes Maximum | ca. 40 mA | Grenzwert, kein Betriebswert |
| Strom pro Pin, vernünftig | 10 … 20 mA | dafür ausgelegt, hier bleibst du |
| 5-V-Toleranz | keine | siehe Modul 10 |
Der Unterschied zwischen „absolutes Maximum" und „Betriebswert" ist wichtig. Ein absolutes Maximum ist der Punkt, ab dem das Datenblatt Schaden nicht mehr ausschliesst — nicht der Punkt, an dem man arbeiten soll. Wer dauerhaft am Maximum fährt, bekommt Ausfälle, die Wochen später auftreten.
Und es gibt eine zweite Grenze: die Summe über alle Pins. Acht LEDs mit je 20 mA sind 160 mA aus einem einzigen Chip — das ist keine gute Idee, auch wenn jeder einzelne Pin für sich im Rahmen bliebe.
Im Aufbaukurs
Was man tut, wenn mehr Strom nötig ist als ein Pin liefern darf: Transistor oder MOSFET als Schalter, Treiberbausteine, Relais mit Freilaufdiode. Ausserdem Verlustleistung in Reglern, Kühlung und die thermischen Angaben im Datenblatt.
Kurze Selbstkontrolle
Zählt nicht — nur zum Prüfen, ob es angekommen ist.
1.Ein Widerstand von 100 Ω liegt an 5 V. Reicht ein Viertelwatt-Typ?
2.Du verdoppelst die Spannung an einem Widerstand. Was passiert mit der Verlustleistung?