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Grundwissen

Elektrische Stromstärke

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die elektrische Stromstärke, Symbol \(I\), ist ein Maß für die elektrische Ladung, die pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt hindurchfließt.
  • Die Einheit der elektrischen Stromstärke ist das Ampere, Symbol \(\rm{A}\).
Aufgaben Aufgaben
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 ist seit dem 20. Mai 2019 wie folgt festgelegt:

 

Tab. 1 Definition der Basiseinheit Ampere

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 \([I] = 1\,\rm{A}\).

Abb. 1 André Marie AMPÈRE (1775 - 1836)

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 Stromrichtung
Stromrichtung
Abb. 3 Technische Stromrichtung und Richtung des Elektronenstroms

André-Marie AMPÈRE legte als technische 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) einen 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

Messung von Stromstärken
Abb. 4 Messung von Stromstärken

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
Aufgabe

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?

Lösung

Herstellung der 1A-Marke an den Geräten M1 und M2

Man schaltet alle drei Messgeräte in Serie und stellt die regelbare Stromquelle so ein, dass am Gerät N die Marke 1A erreicht wird.

Da im unverzweigten Kreis der Strom an jeder Stelle gleich ist, fließt durch M1 und M2 jeweils auch der Strom 1A. Man kann bei diesen Geräten daher nun auch die 1A-Marke festlegen.

Lösung 1

Herstellung der 2A-Marke am Gerät N

Man baut die folgende Schaltung auf und stellt die Quelle so ein, dass M1 und M2 jeweils von dem Strom 1A durchflossen werden. Nach der Festlegung der Vielfachheit muss dann durch das Gerät N der Strom 2A fließen.

Lösung 2

Hinweis: Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Geräte M1 und M2 sowie die Lampen völlig baugleich sind.