Elektrotechnik Grundlagen
Grundbegriffe der Elektrotechnik
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Ohne elektrischen Strom funktionieren keine Computer, Smartphones oder selbst unser eigener Körper. Du lernst in diesem Beitrag, was der elektrische Strom genau ist. %Hier geht es direkt zum Video!

Elektrischer Strom einfach erklärt

Unter dem elektrischen Strom kannst du die gerichtete Bewegung oder den Fluss von elektrischer Ladung verstehen. Um elektrischen Strom zu erzeugen, brauchst du zwei Bestandteile:

Erstens einen elektrischen Leiter, der dir freie Ladungsträger zur Verfügung stellt und alle Komponenten miteinander verbindet (Stromkreis). Zweitens eine Quelle, die die Ladungsträger in eine gerichtete Bewegung versetzt (Spannungsquelle).

Um den elektrischen Strom praktisch zu nutzen, brauchst du noch einen Verbraucher, wie etwa eine Glühbirne oder einen Computer. 

Wenn du jetzt wissen möchtest, wie viel elektrischer Strom fließt, dann brauchst du die elektrische Stromstärke I. Eines der wichtigsten Beispiele, bei dem du I leicht berechnen kannst, ist der Stromfluss durch einen Leiter. Hier gilt nämlich das bekannte Ohmsche Gesetz 

I = \dfrac{U}{R},

wobei U die elektrische Spannung am Leiter und R der Widerstand des Leiters ist. Die Einheit der elektrischen Stromstärke ist das Ampere \text{A}.

Elektrischer Strom Definition 

Der elektrische Strom beschreibt die gerichtete Bewegung oder den Fluss von elektrischer Ladung.

Was ist Strom?

Der Begriff Strom bezeichnet allgemein die gerichtete Bewegung oder den Fluss einer physikalischen Größe. Beim elektrischen Strom ist die elektrische Ladung die physikalische Größe, die fließt. Das heißt also, dass der elektrische Strom ein Fluss elektrischer Ladung ist.

Du kannst dir den elektrischen Strom wie den Fluss von Wasser in einem Rohr vorstellen. Wenn mehr Wasser im Rohr fließt, ist die Wassermenge größer. Fließt in einem elektrischen Leiter mehr Strom, bedeutet das, dass mehr Ladungsträger im elektrischen Leiter fließen. 

Statt von einem Fluss elektrischer Ladung zu sprechen, findest du oft auch die Bezeichnung „gerichtete Bewegung von elektrischer Ladung“. Da in den meisten praktischen Situationen nur die Elektronen an dieser Bewegung beteiligt sind, heißt es dann 

Der elektrische Strom ist der Fluss oder die gerichtete Bewegung von Elektronen.

Es gibt zahlreiche Situationen, in denen Elektronen fließen, also ein elektrischer Strom vorhanden ist. Eine der wichtigsten Situationen ist der Stromfluss in einem Leiter.

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Elektrischer Strom in einem Leiter (links) und Wasseranalogie (rechts)

% <img class="alignnone size-full wp-image-160637" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/06/Elektrischer-Strom-durch-Leiter.png" alt="" width="229" height="68" /> <img class="alignnone size-full wp-image-161333" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/06/Elektrischer-Strom-Wasseranalogie.png" alt="" width="271" height="77" /> % Beschriftung: Elektrischer Strom in einem Leiter (links) und Wasseranalogie (rechts); Alt-Text: Stromfluss Leiter, Elektrischer Strom Leiter, Strom im Leiter, Strom Leiter, Elektrischer Strom Wasseranalogie

Elektrischer Strom im Stromkreis

Damit Elektronen überhaupt fließen können, brauchst du zwei Komponenten.

(1) Elektrische Leiter: Zunächst benötigst du ein Material, indem sich Elektronen frei bewegen können und das alle anderen Komponenten miteinander verbindet. Wie frei sich die Elektronen bewegen können, wird durch den Widerstand des Materials angegeben. Häufig sind das Metalle wie Aluminium oder Kupfer.

(2) Spannungsquelle: Du brauchst etwas, das die Elektronen in eine gerichtete Bewegung versetzt.

Wenn du jetzt den elektrischen Strom noch praktisch verwenden möchtest, dann brauchst du noch eine dritte Komponente.

(3) Verbraucher: Du kannst mit dem elektrischen Strom zum Beispiel eine Glühbirne zum Leuchten bringen oder ein Smartphone laden.

Alle drei Bedingungen werden zum Beispiel in einem einfachen Stromkreis erfüllt, der aus einer Spannungsquelle (etwa eine Batterie), einem metallischen Draht und einer Glühbirne besteht.

% <img class="alignnone size-full wp-image-160661" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/06/Elektrischer-Strom-einfacher-Stromkreis.png" alt="" width="240" height="142" /> % Beschriftung: Einfacher Stromkreis (a) mit Schaltplan (b) ; Alt-Text: Einfacher Stromkreis, Einfacher Stromkreis Schaltplan, Batterie Stromkreis, Glühbirne Stromkreis ; @Animation: Bitte die Bezeichnung "Bauelement" im rechten Teil durch die Bezeichnung "Verbraucher" ersetzen.

Einfacher Stromkreis Schaltplan, Batterie Stromkreis, Glühbirne Stromkreis ; @Animation: Bitte die Bezeichnung "Bauelement" im rechten Teil durch die Bezeichnung "Verbraucher" ersetzen
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Einfacher Stromkreis (a) mit Schaltplan (b)

Technische Stromrichtung vs. Physikalische Stromrichtung

In solchen Stromkreisen und allgemein in technischen Anwendungen wird davon ausgegangen, dass sich die Elektronen vom Pluspol zum Minuspol bewegen. Hierfür findest du die Bezeichnung technische Stromrichtung.

Korrekterweise bewegen sich aber die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Diese Stromrichtung heißt physikalische Stromrichtung.

Technische Stromrichtung, physikalische Stromrichtung
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Technische vs. physikalische Stromrichtung

% <img class="alignnone size-full wp-image-160678" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/06/Elektrischer-Strom-Stromrichtungen.png" alt="" width="208" height="151" /> % Beschriftung: Technische vs. physikalische Stromrichtung ; Alt-Text: Technische Stromrichtung, physikalische Stromrichtung ; @Animation: Bitte die Bezeichnung "konventionelle Stromrichtung" durch die Bezeichnung "technische Stromrichtung" und "Elektronenfluss" durch "physikalische Stromrichtung" ersetzen.

Stromarten

Es gibt drei Kategorien, in die du den elektrischen Strom einordnen kannst. Zu welcher Kategorie nun ein elektrischer Strom gehört, hängt von zwei Eigenschaften ab:

  1. von der Richtung des elektrischen Stroms – das heißt in welche Richtung sich die Elektronen bewegen. 
  2. von der Stärke des elektrischen Stroms – das heißt wie viele Elektronen sich zu einem gegebenen Zeitpunkt durch den Leiter bewegen. 

Anhand dieser beiden Eigenschaften kannst du den elektrischen Strom in die folgenden drei Kategorien aufteilen:

  1. Gleichstrom: Beim Gleichstrom ändern sich sowohl die Richtung als auch die Stärke des elektrischen Stroms zeitlich nicht. Das bedeutet, dass sich die Elektronen die gesamte Zeit nur in eine Richtung bewegen und die Anzahl an Elektronen gleich bleibt.
  2. Wechselstrom: Beim Wechselstrom hast du eine regelmäßige Änderung der Richtung und/oder der Stärke des elektrischen Stroms (der Fachbegriff für „regelmäßige Änderung“ heißt periodisch ). Das heißt also, dass die Elektronen regelmäßig ihre Bewegungsrichtung wechseln und/oder sich ihre Anzahl ändert.
  3. Mischstrom: Der Mischstrom ist eine Kombination aus Gleich- und Wechselstrom.

Wirkungen des elektrischen Stroms

Der elektrische Strom kann in unterschiedlichen Situationen zu unterschiedlichen Wirkungen führen. Zu den wichtigsten Wirkungen gehören die folgenden vier:

  1. Wärmewirkung: Der elektrische Strom kann dazu führen, dass sich ein Gegenstand erwärmt. Er hat also eine Wärmewirkung. Ein Beispiel dafür ist ein Elektrogrill.
  2. Lichtwirkung: Der Fluss von Elektronen kann auch zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht führen. Der elektrische Strom hat also eine Lichtwirkung. Beispiele hierfür sind Glühlampen und Leuchtdioden.
  3. Magnetische Wirkung: Fließen Elektronen durch eine Spule, erzeugen sie ein magnetisches Feld . Der elektrische Strom hat hier eine magnetische Wirkung. Das spielt insbesondere bei Elektromotoren eine wichtige Rolle.
  4. Chemische Wirkung: Durch einen elektrischen Strom kannst du eine chemische Stofftrennung erreichen, die Elektrolyse genannt wird. Das wird unter anderem für die Herstellung von Stoffen wie Wasserstoff, Aluminium oder Chlor verwendet.

Berechnung von Strom und Stromstärke

Wenn du wissen möchtest, wie viel elektrischer Strom fließt, dann brauchst du die elektrische Stromstärke I.

Allgemein ist die elektrische Stromstärke I definiert als Ladungsmenge Q geteilt durch Zeit t

I = \dfrac{Q}{t}.

Im wichtigen Fall, dass du es mit einem Stromkreis zu tun hast, kannst du auch das Ohmsche Gesetz verwenden

I = \dfrac{U}{R}.

Das U ist die Spannung, die am Leiter anliegt. Das R ist der Widerstand des Leiters. 

Du kannst aber die elektrische Stromstärke auch über die elektrische Leistung P berechnen

I = \dfrac{P}{U}.

Mehr zur elektrischen Stromstärke findest du ausführlich in unserem eigenen Beitrag dazu.

Zum Video: Stromstärke
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