Elektrischer Strom
PharmaWikiAls elektrischer Strom (Formelzeichen: I, Einheit: Ampere) wird der Fluss von elektrischen Ladungen durch einen Leiter bezeichnet, also beispielsweise von Elektronen durch einen Kupferdraht. Die Bedingungen dafür sind ein geschlossener Stromkreis sowie eine Potentialdifferenz, also die angelegte Spannung, welche als Antrieb für die Elektronen fungiert. Die Stromstärke ist proportional zur Spannung und wird durch einen elektrischen Widerstand reduziert.synonym: I, Strom, Stromstärke, Electric current
Definition und EigenschaftenAls elektrischer Strom wird die Bewegung von elektrischen Ladungen durch einen Leiter bezeichnet, also beispielsweise durch ein Kabel aus Kupferdraht.
Typischerweise handelt es sich bei den Ladungen um Elektronen, aber auch Ionen können Strom leiten, zum Beispiel in einer Flüssigkeit, in welcher ein Salz aufgelöst wurde. Strom kann sogar durch ein Vakuum fliessen, wenn die Elektronen unter bestimmten Bedingungen die Materie verlassen.
Strom fliesst nur in einem geschlossenen Stromkreis. Ein einfaches Beispiel ist eine Batterie, die mit zwei Kabeln mit einer kleinen Glühbirne verbunden ist, einem sogeannten elektrischen Verbraucher. Wird ein Kabel gelöst oder durchgeschnitten, ist der Stromkreis nicht mehr intakt.
Stromkreislauf, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki
Die Einheit der Stromstärke ist das Ampere (A) und das Formelzeichen ist I. 1 Ampere entspricht 1 Coulomb pro Sekunde (C/s). Coulomb ist die Einheit der elektrischen Ladung.
I (Stromstärke) = ΔQ (Ladung) / Δt (Zeit)
1 Ampere entspricht dem Durchfluss von 6.242 x 1018 Elektronen pro Sekunde, also einer enormen Anzahl Elektronen! Der Strom kann mit einem Amperemeter gemessen werden.
SpannungDas Ohmsche Gesetz setzt die Stromstärke mit der Spannung in eine Beziehung:
I (Stromstärke) = U (Spannung) / R (Widerstand)
Die Spannung (Formelzeichen: U, Einheit: Volt) ist die Ursache für den Strom, quasi der „Antrieb“ für die sich bewegenden Elektronen. Spannungen sind zum Beispiel auf Batterien angegeben. Die gewöhnlichen AA- und AAA-Batterien haben eine Spannung von 1.5 Volt. Die viereckigen Blockbatterien haben 9 Volt. Das Schweizer Stromnetz liefert aus der Steckdose eine Spannung von 230 Volt. Mit einem Spannungsmessgerät (Voltmeter) oder einem Multimeter ist sie messbar.
Die Stromstärke nimmt mit zunehmender Spannung zu und sinkt mit einem zunehmendem Widerstand, zum Beispiel, wenn zwei Glühbirnen in Serie an den Stromkreislauf angeschlossen werden. Je höher die Spannung ist, desto mehr Elektronen fliessen. Ist die Spannung nicht an die elektrischen Geräte angepasst, können sie Schaden nehmen und die Kabel können durchbrennen.
Die Spannung einer Batterie entsteht, weil am Minuspol ein Überschuss und am Pluspol ein Mangel an Elektronen herrscht. Es wird von einer Potentialdifferenz gesprochen. Die Elektronen fliessen vom Minus- zum Pluspol, denn unterschiedliche Ladungen ziehen sich an. Die sogenannte konventionelle Stromrichtung ist allerdings umgekehrt definiert. Mit Batterien und Akkus lässt sich elektrische Energie speichern, wobei Akkus im Unterschied zu den meisten Batterien wiederaufladbar sind. Die Grundlage sind Redox-Reaktionen. Werden Batterien in Serie kombiniert, addiert sich die Spannung.
Der Strom führt zur Ausbildung eines Magnetfeldes und erzeugt Wärme, zum Beispiel in älteren Glühbirnen, die sich beim Gebrauch aufheizen. Durch das Aufwickeln des Drahts auf Spulen lassen sich Elektromagnete herstellen.
Es wird zwischen Gleichstrom (DC, direct current) und Wechselstrom (AC, alternating current) unterschieden. Gleichstrom, zum Beispiel von Batterien, fliesst immer in dieselbe Richtung. Wechselstrom ändert hingegen periodisch und meistens sinusförmig die Richtung. Die Elektrizität aus der Steckdose ist Wechselstrom, weil sich dieser besser und effizienter über lange Distanzen transportieren lässt.
Elektrischer Strom bewegt sind beinahe mit Lichtgeschwindigkeit. Deshalb leuchtet eine Lampe sofort auf, wenn der Strom eingeschaltet wird.
AnwendungsgebieteAnwendungsgebiete für elektrischen Strom durch Umwandlung der Energiearten (Auswahl):
- Betrieb elektrischer Geräte, z.B. TV, Radio, Computer, Backofen, Kühlschrank, Waschmaschine, Staubsauger
- Transport, z.B. Elektroauto, Bahn, U-Bahn, Tram, Bus
- Erzeugung von Licht, z.B. Glühbirne, Diode, Halogenlampe
- Erzeugung von Wärme, z.B. Heizung, Kochfeld, Wasserkocher
- Magnetismus, z.B. Elektromagnete
- Kommunikation, z.B. Telefon, Smartphones, Internet
- Datenverarbeitung und -speicherung
- Herstellung von Produkten (Industrie)
- Chemische Reaktionen, z.B. Elektrolyse, Herstellung von Wasserstoff
Elektrischer Strom treibt die moderne Welt an. Ohne ihn brechen fundamentale Teile der Infrastruktur zusammen und die Zivilisation lässt sich kaum aufrecht erhalten. Aufgrund der Digitalisierung, der Dekarbonisierung und der Smartphones nimmt diese Abhängigkeit stetig zu und erstreckt sich auf neue Gebiete.
Gewinnung von elektrischem StromZu den möglichen Quellen für elektrischen Strom gehören:
- Erneuerbare Energie: Wasserkraft, Windkraft, Sonnenenergie, Geothermie, Biomasse
- Atomkraftwerke
- Fossile Energieträger: Kohle, Gas, Erdölprodukte
- Redox-Reaktionen: Batterien
- Wasserstoffzellen
- Reibung
Dabei werden verschiedene Arten von Energie in elektrische Energie umgewandelt, häufig unter Verwendung der elektromagnetischen Induktion.
siehe auchLiteratur- Fachliteratur
- Lehrbücher der Physik
Interessenkonflikte: Keine / unabhängig. Der Autor hat keine Beziehungen zu den Herstellern und ist nicht am Verkauf der erwähnten Produkte beteiligt.
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