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Exkurs: Grundlagen zum elektrischen Strom

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Der elektrische Strom ist aus unserem heutigen Leben eigentlich nicht mehr wegzudenken. Sei es das Wasser aus dem Wasserhahn, die warme Heizung im Winter oder der gut sortierte Supermarkt um die Ecke. Ohne Strom wäre unsere heutige Infrastruktur nicht möglich. Diverse Autoren beschäftigen sich mit den theoretischen Folgen eines langanhaltenden, großflächigen Stromausfalls in der heutigen Zeit. Wer Interesse an apokalyptischen Visionen hat, dem kann ich dieses Buch oder Ähnliche nur empfehlen.

Aber was ist Strom eigentlich? Die meisten Menschen beschäftigen sich nicht mit diesem Thema, Strom kommt ja schließlich aus der Steckdose. Da auch fast alle Stecker standardisiert und diverse Kontrollbehörden damit beauftragt sind, kommerzielle Geräte auf elektrische Sicherheit zu prüfen, muss man für den Alltag auch eigentlich nicht viel mehr wissen. Für alle, die trotzdem mehr wissen wollen, versuche ich hier mal die Grundlagen des elektrischen Stroms zu erläutern. Natürlich erhebe ich bei einem so umfassenden Thema keinen Anspruch auf Vollständigkeit, ich will vielmehr das Prinzip erklären.

Ausgangspunkt für alle Betrachtungen (auch bei komplexeren Systemen) ist das Verständnis der drei Grundgrößen:

  1. Spannung, wird in Volt (Formelzeichen „U“) gemessen. Beispiel: 230 V
  2. Strom, wird in Ampere (Formelzeichen „I“) gemessen. Beispiel: 16 A
  3. Widerstand, wird in Ohm (Formelzeichen „R“) gemessen. Beispiel: 600 Ω

Diese drei Größen stehen in einer festen Beziehung zueinander, dem sogenannten „Ohm’schen Gesetz“: I=U/R. Aber was sagt die Formel eigentlich aus? Es gibt mittlerweile unzählige Versuche diese Gleichung in eine verständliche Analogie zu überführen. Meiner Meinung nach ist die Wasser-Analogie immer noch die Beste: Man stelle sich ein kurzes Stück Abflussrohr vor, bei dem ein Ende höher liegt als das andere. Das Rohr hat einen festen, gleichbleibenden Durchmesser. Füllt man nun am höheren Ende eine bestimmte Menge Wasser in das Rohr, so fließt es durch das Rohr zum unteren Ende. Die Neigung des Rohrs bestimmt dabei wie schnell das Wasser zu fließen versucht, der Durchmesser wirkt dem entgegen, und bestimmt, wie viel Wasser tatsächlich fließen kann, bzw. wie schnell die gesamte Menge durch das Rohr durch ist (natürlich hat der Durchmesser nur einen Einfluss, wenn man ordentlich viel Wasser verwendet, sodass das Rohr auch vollkommen ausgefüllt ist). Bezogen auf den Strom entspricht die Neigung des Rohrs der Spannung und der Durchmesser dem Widerstand. Wenn man das Rohr sehr flach hält aber einen großen Durchmesser wählt, wird es sehr lange dauern, bis das gesamte Wasser durch das Rohr ist. Das gleiche Ergebnis erhält man bei einem sehr steilen, aber sehr dünnen Rohr. Die Wassermenge pro Zeiteinheit (z.B. pro Sekunde) entspricht in diesem Gleichnis dem Strom.

Zurück zum Ohm’schen Gesetz bedeutet das, dass der Strom (I) sich aus der Spannung (U) geteilt durch den Widerstand (R) ergibt. Spannung wird dabei auch häufig als Potentialunterschied (analog zum Höhenunterschied bei der Wasser-Analogie) zwischen zwei Punkten bezeichnet, denn Spannung kann immer nur zwischen zwei Punkten gemessen werden. Einfacher_StromkreisVerbindet man zwei Punkte mit unterschiedlichem Potential mit einem leitenden Material, fließt der aus dem Potentialunterschied (=Spannung) und dem Widerstand der Leitung resultierende Strom von einem Punkt zum anderen. Diese Punkte werden häufig als Kontakte, speziell an Bauteilen, bezeichnet. 

Kann man z.B. eine Spannung von U=20V zwischen zwei Kontakten messen und verbindet diese mit einem Widerstand von R=100 Ω, so fließen I=20V/100 Ω = 0,2 A.
Dieses Grundprinzip gilt für jegliche Elektronik. Natürlich lässt sich der elektrische Strom nicht in vollem Detail mit dieser einfachen Gleichung beschreiben. In der Realität gibt es viele weitere Faktoren zu beachten, wie z.B. magnetische Effekte und das Zeitverhalten der Spannung (Stichwort: Wechselspannung) um nur mal zwei zu nennen. Grundsätzlich ist das Ohm’sche Gesetz aber allgemein gültig, die Betrachtung weiterer Faktoren stellen immer nur Ergänzungen und Verfeinerungen dar.

Michael Steitz

Hi, mein Name ist Michael. Ich befasse mich schon seit meiner Kindheit mit Technik aller Art (mittlerweile auch beruflich). Ich hoffe der Artikel war interessant für Dich. Für Anregungen,Kritik und Verbesserungen zu meinen Artikeln nutze einfach die Kommentar-Box weiter unten.

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