Grundwissen

Strom - Spannung - Widerstand

Überblick

Wenn du eine Wanderung machst und einen Einheimischen fragst, wie weit es noch zu deinem geplanten Ziel ist und er gibt dir zur Antwort "die Strecke ist noch lang" so hat diese Information für dich schon einen gewissen Wert, aber mit einer präziseren Angabe z.B. "es sind noch 8 km" wäre dir mehr geholfen.

In diesem Abschnitt soll nun etwas Licht ins Dunkel gebracht werden. Du wirst mehr über elektrische Größen erfahren, wenngleich eine ganz genaue Festlegung erst in einer späteren Stufe erfolgen wird.


In einem metallischen Leiter, der noch nicht an eine Quelle angeschlossen ist, befinden sich bereits Ladungsträger: leicht bewegliche Elektronen und ortfeste positive Atomrümpfe. Die Elektronen sind wohl in Bewegung, jedoch fliest insgesamt noch kein Strom. Vergleiche hierzu auch die Seite über "atomare Vorstellungen".

Damit es zu einem Strom kommt, muss von außen eine elektrische Quelle an den Leiter angeschlossen werden, welche die Leitungselektronen antreibt, am Pluspol die Elektronen des Leiters aufnimmt und am Minuspol wieder Elektronen einspeist. Für die Fähigkeit einer Quelle, in einem angeschlossenen äußeren Stromkreis einen Strom aufrechtzuerhalten, haben die Physiker den Begriff der elektrischen Spannung eingeführt. Die Spannung charakterisiert die "Stärke" einer elektrischen Quelle, sie ist die Ursache für den Strom. Als Symbol für die Spannung verwendet man den Großbuchstaben U.

Auch für den elektrischen Strom haben die Physiker ein Symbol eingeführt, den Großbuchstaben I.

 

 

Welchen Strom ein und die selbe Quelle (mit fester Spannung U) bewirkt, hängt vom angeschlossenen Stromkreis ab. In folgenden drei Versuchen wird eine elektrische Quelle mit stets gleicher Stärke verwendet.

  • Im ersten Versuch leuchtet das Lämpchen mit normaler Helligkeit.
  • Im zweiten Versuch leuchtet das Lämpchen nicht, da zu ihm parallel ein Draht geschaltet ist (Kurzschluss).
    Der Draht hemmt den Elektronenfluss weniger als das Lämpchen, so dass nahezu alle Elektronen über diesen Draht vom Minus- zum Pluspol fließen.
  • Der lange Draht (aufgewickelt auf einer Spule), der in Serie zum Lämpchen geschaltet wurde, hemmt - wie das Lämpchen - den Elektronenfluss, so dass eine geringere Helligkeit wie beim ersten Versuch festzustellen ist.

Um das "Hemmungsvermögen" eines Stromkreises (oder eines Elementes davon) charakterisieren zu können, hat man die physikalische Größe Widerstand eingeführt. Dem Widerstand wird der Großbuchstaben R zugeordnet.

Im obigen Text war von physikalischen Größen die Rede. So verschieden physikalische Größen auch sein mögen, für alle gelten doch einige Gemeinsamkeiten:

  • Für jede physikalische Größe muss entweder eine Messvorschrift festgelegt sein1 oder eine Rechenvorschrift bestehen, wie die Größe aus anderen physikalischen Größen zu bestimmen ist2.
    1z.B. muss klar definiert sein, wie die physikalische Größe Länge (Länge einer Strecke) zu messen ist.
    2 z.B. liegt die Fläche A eines Rechtecks nach der Formel A = l·b genau fest (l: Länge des Rechtecks; b: Breite des Rechtecks)

 

  • Jeder physikalischen Größe wird ein Symbol zugeordnet (z.B. für die Streckenlänge ein l), welches kursiv geschrieben werden sollte.
    Die Längenangabe l = 8 km enthält die Maßzahl 8 und die Maßeinheit km.

Zusammenhang zwischen Ladung und Strom
Die physikalische Größe Strom I
Die physikalische Größe Spannung U
Die physikalische Größe Widerstand R