Grundprinzip Strom
Elektrischer Strom ist nichts anderes als die Bewegung von Elektronen durch einen Leiter (z. B. Kupferdraht). Man kann sich das vorstellen wie Wasser, das durch einen Schlauch fließt.
Vergleich Elektrizität ↔ Wasser
| Begriff (Elektrizität) | Bedeutung | Vergleich mit Wasser |
|---|---|---|
| Elektronen | winzige, negativ geladene Teilchen, die sich bewegen | Wassertropfen oder Moleküle |
| Spannung (U) | treibende Kraft, die Elektronen in Bewegung setzt | Wasserdruck im Schlauch |
| Stromstärke (I) | Menge der Elektronen, die pro Sekunde fließen | Wassermenge pro Sekunde |
| Widerstand (R) | Hindernis, das den Fluss der Elektronen bremst | Engstelle oder Reibung im Schlauch |
| Leiter | Material, durch das Strom fließt (z. B. Kupfer) | Schlauch, durch den Wasser fließt |
| Unterbrechung | offener Stromkreis → kein Stromfluss | geschlossener Wasserhahn → kein Wasserfluss |
Die drei Grundgrößen
| Symbol | Größe | Einheit | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| U | Spannung | Volt (V) | „Druck“, der den Strom antreibt |
| I | Stromstärke | Ampere (A) | Menge der fließenden Elektronen |
| R | Widerstand | Ohm (Ω) | Bremst den Stromfluss |
Spannung (U)
Die elektrische Spannung beschreibt, wie stark elektrische Ladungen „angetrieben“ werden.
Definition:
U = W : Q
- Spannung (U) in Volt (V)
- elektrische Energie (W) in Joule (J)
- elektrische Ladung (Q) in Coulomb (C)
Bedeutung: Eine Spannung von 1 Volt bedeutet, dass 1 Joule Energie pro 1 Coulomb Ladung übertragen wird.
Merksatz:
1 Volt = 1 Joule pro Coulomb
Stromstärke (I)
Ein elektrischer Strom von 1 Ampere entspricht dem Fluss von 1 Coulomb pro Sekunde.
Da ein Elektron die Ladung
e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
trägt, fließen bei 1 A etwa
6,24 · 10¹⁸ Elektronen pro Sekunde.
Merksatz:
1 Ampere ≙ ca. 6,24 · 10¹⁸ Elektronen pro Sekunde (6,24 Trillionen Elektronen pro Sekunde)
Skizze
Ohmsches Gesetz
Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung (U), Stromstärke (I) und Widerstand (R) in einem elektrischen Stromkreis.
Formel:
U = R * I
Bedeutung:
- Die Spannung ist proportional zur Stromstärke.
- Der Widerstand gibt an, wie stark der Stromfluss behindert wird.
Einheiten:
- Spannung U in Volt (V)
- Stromstärke I in Ampere (A)
- Widerstand R in Ohm (Ω)
Merksatz:
Je größer der Widerstand, desto kleiner der Strom (A) (bei gleicher Spannung).
Beispiel
An einem Widerstand von 10 Ω liegt eine Spannung von 5 V an.
Berechnung:
I = U : R = 5 V : 10 Ω = 0,5 A
Ergebnis:
Die Stromstärke beträgt 0,5 Ampere.
Stromrichtung
- Technische Stromrichtung: von Plus (+) nach Minus (–)
- Elektronenfluss: tatsächlich von Minus (–) nach Plus (+)
Diese Konvention stammt aus der Zeit vor der Entdeckung der Elektronen und wird bis heute in Schaltplänen beibehalten.
Merksatz: Technisch rechnet man von + nach –, aber physikalisch fließen die Elektronen von – nach +.
Zusammenfassung
- Strom ist Bewegung von Elektronen.
- Spannung ist die treibende Kraft (Druck).
- Widerstand bremst den Fluss.
- Stromrichtung: technisch + → –, physikalisch – → +.
