Die Einheit der elektrischen Stromstärke
Die elektrische Stromstärke \(I\) als das Maß für die elektrische Ladung, die pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt hindurchfließt, ist eine Basisgröße des SI-Systems.
Das Ampere \(\rm{A}\), die Maßeinheit der elektrischen Stromstärke, ist eine Basiseinheit im SI-System und seit dem 20. Mai 2019 wie folgt festgelegt:
| Basisgröße | |
| Name | Symbol |
| elektrische Stromstärke | \(I\) |
| Basiseinheit | |
| Name | Symbol |
| Ampere | \(\rm{A}\) |
| Definition | |
| Das Ampere, Symbol \(\rm{A}\), ist die SI-Einheit der elektrischen Stromstärke. Sie ist definiert durch den festen Zahlenwert für die Elementarladung \(e\) von \(1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\,\rm{A}\,\rm{s}\), wobei die Sekunde durch die Konstante \(\Delta {\nu _{{\rm{Cs}}}}\) definiert ist. Mit dieser Definition ergibt sich\[1\,{\rm{A}} = \frac{{e}}{1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}}\,\frac{1}{\rm{s}}\]bzw.\[1\,{\rm{A}} = \frac{1}{{9\,192\,631\,770 \cdot 1{,}602\,176\,634 \cdot {{10}^{-19}}}}\cdot e \cdot \Delta {\nu _{{\rm{Cs}}}}\]bzw.\[1\,{\rm{A}} \approx 6{,}789\,687 \cdot {10^8} \cdot e \cdot \Delta {\nu _{{\rm{Cs}}}}\] | |
Die erste Gleichung gibt eine Erklärung, was du dir unter einer Stromstärke von einem Ampere vorstellen kannst: Durch einen Leiterquerschnitt fließt ein Strom der Stromstärke \(1\,\rm{A}\), wenn pro Sekunde \(\frac{1}{{1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}}} \approx 6{,}242 \cdot {10^{18}}\) Elektronenladungen hindurchfließen.
Will man in Kurzschreibweise ausdrücken, dass die Einheit der Stromstärke \(I\) das Ampere ist, so kann man schreiben \([I] = 1\,\rm{A}\).
Die Einheit Ampere ist nach dem französischen Physiker André Marie AMPÈRE (1775 - 1836) benannt, dem es als einem der ersten gelang, die Stärke des elektrischen Stroms zu messen.
Wenn du an der Geschichte der Einheitenfestlegung interessiert bist, so lies die Seite über die Geschichte der Definition der Basiseinheit Ampere durch.
Ober- und Untereinheiten
Um kleinere Ströme bequem beschreiben zu können, führt man Untereinheiten der Stromstärke ein. Beispiele:
1 Milliampere: \(1\,\rm{mA}=\frac{1}{1\,000}\,\rm{A}=1\cdot 10^{-3}\,\rm{A}\)
1 Mikroampere: \(1\,\rm{\mu A}=\frac{1}{1\,000\,000}\,\rm{A}=1\cdot 10^{-6}\,\rm{A}\)
Um größere Ströme bequem beschreiben zu können, führt man Obereinheiten der Stromstärke ein. Beispiel:
1 Kiloampere: \(1\,\rm{kA}=1000\,\rm{A}=1\cdot 10^{3}\,\rm{A}\)
Definition der elektrischen Stromrichtung
André-Marie AMPÈRE legte als elektrische Stromrichtung fest:
Der elektrische Strom fließt vom "+"-Pol zum "-"-Pol.
Heutzutage wissen wir über die Richtung des Elektronenstroms in metallischen Leitern:
Elektronen bewegen sich vom "-"-Pol zum "+"-Pol.
Hinweis: Wie es zu dieser Festlegung der Stromrichtung gekommen ist, wird im Artikel zur Stromrichtung näher erläutert.
Hinweise für Wissbegierige
Da die elektrische Stromstärke im internationalen Einheitensystem (SI-System) eine Basisgröße ist, muss man neben der Einheit auch noch festlegen, wie man die Gleichheit und die Vielfachheit zweier Ströme feststellen kann.
Gleichheit der Stromstärke
Zwei elektrische Ströme sind gleich groß, wenn sie am gleichen Messinstrument (z.B. Drehspulinstrument) den gleichen Ausschlag hervorrufen.
Vielfachheit der Stromstärke
Fälschlicherweise wird von manchen Schülern die Vielfachheit der Stromstärke dadurch festgelegt, dass sie z. B. sagen: "Der doppelte Strom fließt dann, wenn der Ausschlag des Messinstrumentes doppelt so hoch ist wie beim einfachen Strom. Diese Festlegung wäre nur bei speziell präparierten Messgeräten richtig. Viele Strommessgeräte haben keine lineare Skala. Um unabhängig von speziellen Messgeräten zu sein, wählt man eine Festlegung der Vielfachheit der Stromstärke, die auf die Modellvorstellung vom Strom zurückgeht.
Will man z.B. die 2A-Marke bei einem Messgerät N festlegen, bei dem die 0A- und die 1A-Marke schon vorhanden ist, so sagt man:
Fließt in jeder Zweigleitung z. B. der Strom 1A, so soll der Strom in der Hauptleitung 2A betragen.
Aufgabe
Joachim Herz Stiftung
Gegeben ist ein "Normmessinstrument" N mit den Marken 0A und 1A. Außerdem stehen zwei Messinstrumente M1 und M2 zur Verfügung, welche nur die Marke 0A besitzen. Zusätzlich kannst du auf baugleiche, geeignete Lämpchen, eine einstellbare Stromquelle und Schaltmaterial zurückgreifen.
Wie muss man experimentell vorgehen, damit man am Normmessinstrument N die Marke 2 A findet?