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)

Widerstand (R)

Der elektrische Widerstand gibt an, wie stark der Stromfluss in einem elektrischen Leiter gebremst wird.

Bedeutung: Ein großer Widerstand lässt nur wenig Strom fließen, ein kleiner Widerstand lässt viel Strom fließen.

Einheit:

• Widerstand R in Ohm (Ω)

Merksatz:

Je größer der Widerstand, desto kleiner der Strom (bei gleicher Spannung).

Skizze

Stromfluss

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.

Stromkreis

Ein elektrischer Stromkreis ist eine geschlossene Verbindung, in der elektrischer Strom fließen kann. Nur wenn der Stromkreis geschlossen ist, bewegen sich elektrische Ladungen dauerhaft durch die Leitung.

Bestandteile eines Stromkreises

Ein einfacher Stromkreis besteht aus folgenden Komponenten:

• Spannungsquelle (z. B. Batterie, Netzteil)

 – liefert die elektrische Energie

• Leiter (z. B. Kabel)

 – transportiert die elektrischen Ladungen

• Verbraucher (z. B. Lampe, Widerstand, Motor)

 – wandelt elektrische Energie in andere Energieformen um

• Schalter (optional)

 – unterbricht oder schließt den Stromkreis

Merksatz:

Ein Stromkreis benötigt eine Spannungsquelle, Leiter und einen Verbraucher und muss geschlossen sein.

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 – → +.