Worum geht es?
Elektrischer Strom heißt: Winzige Teilchen, die Elektronen, wandern durch einen Draht. Das Zeichen für den Strom ist I, die Einheit Ampere (A).
Wie Wasser in einem Rohr: Der Strom sagt, wie viel in jeder Sekunde durchfließt. Viel Wasser pro Sekunde ist ein großer Strom, wenig Wasser ein kleiner.
Strom lässt Lampen leuchten, Motoren drehen und Heizungen warm werden. Fließt er durch den Körper, ist er aber gefährlich.
Damit Strom fließt, braucht es zwei Dinge: eine Spannung als Antrieb und einen geschlossenen Stromkreis. Ist der Kreis irgendwo offen, zum Beispiel an einem Schalter, fließt gar kein Strom.
In welche Richtung fließt Strom?
Als man den Strom festlegte, kannte man die Elektronen noch nicht. Man bestimmte willkürlich, dass Strom außerhalb der Quelle vom Pluspol zum Minuspol fließt. Diese technische Stromrichtung gilt bis heute in allen Schaltplänen und Berechnungen.
Später stellte sich heraus, dass sich die Elektronen genau andersherum bewegen, vom Minus- zum Pluspol. Für das Rechnen macht das keinen Unterschied. Du musst es nur wissen, zum Beispiel bei Dioden, Transistoren und in der Chemie von Batterien.
Die Elektronen selbst kriechen im Draht nur mit Bruchteilen eines Millimeters pro Sekunde voran. Trotzdem leuchtet die Lampe sofort nach dem Einschalten, weil sich der Anstoß fast mit Lichtgeschwindigkeit durch den ganzen Leiter fortsetzt, ähnlich wie bei einem Schlauch, der schon voll Wasser ist.
Die Formel
Die Stromstärke gibt an, wie viel Ladung pro Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließt.
Ein Ampere bedeutet: In jeder Sekunde fließt eine Ladung von einem Coulomb durch den Leiter. Das sind rund 6,24 Trillionen Elektronen pro Sekunde.
1 A=1 C1 s
Die Stromdichte sagt, wie stark ein Leiter belastet wird. Fließt derselbe Strom durch einen dünneren Draht, ist die Stromdichte größer und der Draht wird wärmer. Deshalb braucht ein größerer Strom einen größeren Querschnitt.
| Beispiel | typischer Strom |
|---|---|
| LED-Lampe 10 W an 230 V | rund 0,04 A (40 mA) |
| Handy laden über USB (5 V) | 1 bis 3 A |
| Wasserkocher 2.000 W an 230 V | rund 8,7 A |
| Absicherung eines Steckdosenstromkreises | meist 16 A |
| Kurzschluss im Hausnetz | einige 100 bis über 1.000 A |
Was Strom bewirkt
Strom kann man nicht sehen, aber an seinen Wirkungen erkennen. Diese Wirkungen nutzen wir in fast jedem Gerät:
- Wärmewirkung: Jeder Leiter mit Widerstand wird warm. Gewollt im Heizstab, ungewollt in einer überlasteten Leitung.
- Lichtwirkung: in LED, Leuchtstofflampe oder Glühdraht.
- Magnetische Wirkung: Um jeden stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld. Darauf beruhen Motor, Relais, Schütz, Transformator und die Stromzange. Diese Wirkung tritt immer auf, wenn Strom fließt.
- Chemische Wirkung: beim Laden eines Akkus, beim Galvanisieren und bei Korrosion.
- Wirkung auf den Körper: Strom reizt Muskeln und Nerven, auch den Herzmuskel. Schon wenige Milliampere sind spürbar, einige zehn Milliampere durch den Körper können lebensgefährlich sein. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) für den Personenschutz lösen deshalb bei höchstens 30 mA aus.
Strom messen
Der Strommesser wird immer in Reihe in den Stromkreis geschaltet: Der Kreis wird an einer Stelle aufgetrennt, das Messgerät kommt dazwischen. So fließt der gesamte Strom durch das Gerät. Damit es den Strom nicht bremst, hat es einen sehr kleinen Innenwiderstand.
Einen Strommesser niemals parallel an eine Spannung halten. Wegen seines kleinen Innenwiderstands entsteht praktisch ein Kurzschluss. Im besten Fall löst die Sicherung im Messgerät aus, im schlimmsten Fall gibt es einen Lichtbogen.
Im Alltag misst du größere Ströme meist mit der Stromzange. Sie wird um einen einzelnen Leiter gelegt und misst den Strom über dessen Magnetfeld. Du musst dafür nichts abklemmen.
Foto: K. Krallis SV1XV, „Clamp-on ammeter“, Lizenz: CC0 (gemeinfrei), Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.
Rechenbeispiele
Durch einen Leiter fließt in 2 Minuten eine Ladung von 360 C. Wie groß ist die Stromstärke?
- Zeit in Sekunden umrechnen: 2 min = 120 s
- I = Qt = 360 C120 s = 3 A
- Ergebnis: I = 3 A
Typischer Fehler: Wer mit 2 statt 120 rechnet, erhält 180 A. Erst die Einheiten umrechnen, dann einsetzen.
Durch eine Ader mit 1,5 mm² Querschnitt fließen 16 A. Wie groß ist die Stromdichte?
- Formel: J = IA
- J = 16 A1,5 mm² ≈ 10,7 A/mm²
- Ergebnis: J ≈ 10,7 A/mm²
Einordnung: Mit 2,5 mm² wären es nur 6,4 A/mm², die Ader bliebe deutlich kühler. Welcher Querschnitt wie belastet werden darf, hängt außerdem von der Verlegeart und der Umgebungstemperatur ab.
Typische Fehler
- Strommesser parallel angeschlossen: Das ist ein Kurzschluss über das Messgerät. Strom wird immer in Reihe gemessen.
- Stromzange um die ganze Leitung gelegt: Hin- und Rückleiter heben sich auf, die Anzeige zeigt fast 0 A. Nur eine Ader umschließen.
- Einheiten vergessen: 250 mA sind 0,25 A, nicht 250 A. Und Minuten erst in Sekunden umrechnen.
- „Strom verbraucht sich“: Der Strom ist an jeder Stelle eines einfachen Stromkreises gleich groß, vor und hinter der Lampe. Umgewandelt wird die Energie, nicht der Strom.
Strom ist bewegte Ladung pro Zeit, I = Qt, Einheit Ampere. Technische Stromrichtung: außen von Plus nach Minus. Strom wird in Reihe gemessen oder mit der Stromzange um einen Leiter.
Quiz: Teste dich
Zehn Fragen zum Thema Elektrischer Strom (I). Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.