Spannung, Strom und Widerstand

In der Welt der Elektrotechnik dreht sich alles um Strom und Spannung. Deswegen musst du dich erstmal damit auseinandersetzen was überhaupt Spannung und Strom ist.

 

Wenn Elektronen in einem Leiter fließen, nennt man das einen elektrischen Strom. Elektronen sind energetisch geladen, wodurch ein Stromfluss überhaupt erst möglich ist. Passieren in einem gewissen Zeitabstand mehr Elektronen den Leiter, ist der elektrische Strom größer. Passieren im selben Zeitabstand weniger Elektronen den Leiter, ist der elektrische Strom kleiner.

Das fließen von Elektronen in einem Leiter ist vergleichbar mit fließendem Wasser in einem Rohr.

Wenn am Ende des Rohres das Wasser in einem gewissen Zeitabstand in einem Eimer aufgefangen wird, kann man die Wasserströmung berechnen. Wird z.B. in einer Minute 1 liter Wasser gesammelt, beträgt die Wasserströmung 1 Liter pro Minute. Wenn in derselben Minute weniger Wasser gesammelt wird, ist die Wasserströmung kleiner.

 

Wenn wir jetzt zurück auf den elektrischen Strom blicken wird hier nicht die Anzahl der Elektronen pro Zeit berechnet, sondern die Ladung der Elektronen pro Zeit, die am Ende "gesammelt" wurde. Der elektrische Strom wird in A für "Ampere" angegeben. Bei 1 A bewegt sich pro Sekunde eine Ladung von 1 C (Coulomb). Ein Elektron hat eine Ladung von 1,6*10^-19 C. Also bewegen sich bei 1 Ampere ca. 6 Trillionen Elektronen pro Sekunde.

 

Die Elektronen bewegen sich nicht von alleine. Sie brauchen einen gewissen "Antrieb". In der Elektrotechnik benötigt man hier eine elektrische Spannung. Eine elektrisch Spannung erhält man, wenn ein Leiter auf der einen Seite mehr Elektronen hat als auf der anderen Seite. Die Verteilung der Ladungen ist dann im Ungleichgewicht. Auf der Seite, wo weniger Elektronen sind, ist der Pluspol (+). Auf der Seite, wo mehr Elektronen sind, ist der Minuspol (-). Sobald diese beiden Pole mit einer Leitung verbunden werden, wird die ungleichmäßige Verteilung wieder ausgeglichen. Die Elektronen wandern solange zum Pluspol bis auf beiden Seiten wieder gleich viele Elektronen sind. Das beste Beispiel ist eine geladene Batterie. Die Batterie ist "leer" bis sich die Elektronen wieder gleichmäßig verteilt haben.

In dem Beispiel mit dem Wasser, ist der Antrieb eine Pumpe, die das Wasser in Bewegung versetzt.

Die elektrische Spannung wird in Volt angegeben. Verdoppeln wir die Spannung, dann verdoppeln wir auch den Strom in derselben Leitung.

Wenn an einer Leitung eine elektrische Spannung von 1 V (Volt) anliegt und dadurch durch einen Leiter ein Strom von 1 A (Ampere) fließt, heißt das nicht, dass in einem anderen Leiter, das aus einem anderem Material besteht, bei gleicher Spannung der selbe Strom fließt. Jedes Material hat andere Leiteigenschaften, wodurch der Strom besser oder schlechter fließen kann. Das Maß hierfür ist der elektrische Widerstand und wird in Ω (Ohm) angegeben.

 

Der Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand wird mit dem ohm'schen Gesetz U=R*I beschrieben. Die Gleichung ist auch als URI- Gleichung bekannt.

  • U = elektrische Spannung
  • R = elektrischer Widerstand in Ω (Ohm)
  • I  = elektrischer Strom in A (Ampere)
URI- Dreieck
URI- Dreieck

Schaltzeichen

Damit jeder nachvollziehen kann, welche Bauteile wie auf einer Schaltung verbaut sind, stellt man elektrische Schaltpläne zur Verfügung. Das heißt jedes Bauelement hat ein eigenes Zeichen in diesem Schaltplan.

Hier siehst du eine einfache Schaltung bestehend aus einer Spannungsquelle und einem Widersand.

Der Pfeil an der Spannunsquelle gibt die Polung an der Quelle an. An dem Pfeilanfang ist der Pluspol und an der Polspitze der Minuspol.

Der Widerstand wird mit einem Rechteck dargestellt. Die Verbindung zwischen Spannungsquelle und Widerstand stellt die Leitung dar.

An der Leitung kann man noch einen Pfeil anbringen, der die Stromrichtung angibt. Die Stromrichtung, die hier angegeben ist, ist die technische Stromrichtung. Die physikalische Stromrichtung geht vom Minuspol zum Pluspol. Die technische Stromrichtung geht vom Pluspol zum Minuspol. Da die Berechnung mit der technischen Stromrichtung einfacher ist, wird die technische Stromrichtung angegeben. Du kannst dir auch merken, dass der Strompfeil entgegengesetzt zum Spannungspfeil gerichtet ist.

Du kannst ja mit dem URI- Dreieck versuchen die einzelnen Werte nochmal auszurechnen.

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