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Elektrische Ladung und Stromstärke messen 07:19 min

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Transkript Elektrische Ladung und Stromstärke messen

Themen dieses Films sind der Zusammenhang zwischen Ladung und Stromstärke und das Messen dieser physikalischen Größen. Im Alltag hört man immer wieder die Frage, wieviel Strom ein Kühlschrank eine Waschmaschine oder ein Fernseher verbraucht. So verständlich die Frage angesichts steigender Energiekosten auch ist, sie bleibt falsch gestellt. Denn Strom wird nicht verbraucht. Das zeigt schon der einfachste elektrische Versuchsaufbau: ein Stromkreis mit einer Stromquelle, einem Lämpchen und einem Schalter. Wird der Stromkreis über den Schalter geschlossen, leuchtet das Lämpchen. Jetzt setzten wir zwei weitere Lämpchen hintereinander in den Stromkreis ein. Alle leuchten, wenn auch weniger hell als das einzelne Lämpchen, da in jedem nun nur ein Drittel der Spannung anliegt. Würde Lämpchen 1 den Strom aber verbrauchen, dürfte für Lämpchen 2 und 3 gar kein Strom übrig bleiben. Aufschlussreich ist auch der Vergleich mit einem Wasserkreislauf. Hier zum Beispiel fließt das Wasser über ein Wasserrad, das dann mechanische Energie liefert. Je mehr Wasser fließt und je größer der Höhenunterschied zwischen den Wassertanks ist, umso mehr Energie kann über das Wasserrad entnommen werden. Ist das Wasser vollständig über das Wasserrad abgelaufen, ist es nicht verbraucht. Es muss nur Arbeit investiert werden, um es wieder in den oberen Tank zu bekommen. In unserem elektrischen Stromkreis entspricht der Wasserzufluss dem einen Pol der Stromquelle, die Wasserleitung dem stromleitenden Draht, das Wasserrad dem Lämpchen, das Ventil dem Schalter und der untere Wassertank mit Rückflusspumpe dem anderen Pol der Stromquelle. Die Höhendifferenz im Wasserkreislauf entspricht der elektrischen Spannung und der Wasserdurchfluss pro Sekunde der Stromstärke. Wie aber kann man die Stromstärke im elektrischen Stromkreis messen? Wir wissen, dass die Stromstärke sich aus der Menge an elektrischer Ladung ergibt, die pro Sekunde durch eine Stelle eines Leiters, man sagt „durch den Leiterquerschnitt“ fließt. Leider sind die Ladungen sehr klein. Und es sind sehr viele, einige Trillionen pro Sekunde. Da dies nur äußerst schwer zu zählen ist, geht man anders vor. So erhitzt sich ein stromdurchflossener Draht. Und je heißer er wird, desto mehr dehnt er sich aus. Lässt sich diese Ausdehnung messen, kann sie als Maß für die Stromstärke dienen. Auf dieser Basis können wir ein Stromstärkemessgerät bauen. Wir verbinden zwei Anschlüsse auf einer Holzplatte durch einen sehr dünnen Draht. Wird Strom durch den Draht geleitet, wird er heiß und dehnt sich aus. Um die Ausdehnung messen zu können, ziehen wir den Draht mit einer kleinen Feder mittig und senkrecht zu seiner eigenen Spannrichtung. An dieser Spannfeder können wir nun einen beweglichen Zeiger so befestigen, dass die Ausdehnung am anderen Ende des Zeigers vergrößert dargestellt wird. Solche Geräte wurden lange Zeit zur Messung der Stromstärke verwendet. Heute werden andere Wirkungen des elektrischen Stroms zur Messung der Stromstärke verwendet, meist durch Spannungsmessung an einem Messwiderstand. All diese Geräte sind Amperemeter oder Strommessgeräte. Mit ihrer Hilfe können wir überprüfen, wie sich der Strom in unserem Stromkreis verhält. Wir stellen fest: Die Stromstärke ist überall gleich, egal, ob vor oder hinter dem Lämpchen, ob vor oder hinter dem Schalter. Auch wenn wir je ein Strommessgerät vor und hinter das Lämpchen schalten, zeigen beide dieselbe Stromstärke an. Ein weiterer Beweis dafür, dass im Stromkreis kein Strom verbraucht wird. Anders sieht es aus, wenn wir den Stromkreis verzweigen und in beiden Zweigen verschieden starke Lämpchen einsetzen. Jetzt messen wir in den beiden Drähten unterschiedliche jeweils geringere Stromstärken als in dem einen Draht zuvor. Werden die beiden Stromstärken addiert, entspricht die Summe wieder der ursprünglich gemessenen Stromstärke im unverzweigten Stromkreis. Wiederum ist keine Ladung verloren gegangen. Die Ladungsteilchen haben nur unterschiedliche Wege genommen. Was passiert aber, wenn in einem der Zweige gar kein Lämpchen angeschlossen wird? Dann fließt der gesamte Strom durch diesen Zweig von einem Pol der Stromquelle zum anderen. Die Ladungen nehmen den Weg des geringsten Widerstandes. Das nennt man einen Kurzschluss. Darauf reagieren Stromquellen empfindlich. Denn sie sind dafür gebaut, nur Strom einer begrenzten Stärke zu liefern. Nimmt der Strom den direkten Weg, steigt die Stromstärke blitzschnell an. Derartige Kurzschlüsse können großen Schaden anrichten. Kabel können schmelzen und sogar Brände verursacht werden. Dasselbe kann passieren, wenn Geräte mit großem Energiebedarf in Stromkreisen betrieben werden, die dafür nicht ausgelegt sind, zum Beispiel, weil die Drähte zu dünn für die anfallenden Stromstärken sind. Um dem vorzubeugen, werden in gefährdete Stromkreise Sollbruchstellen eingebaut in Form einer Sicherung. Das ist ein Bauteil, das fast keine Energie verbraucht und sofort kaputt gehen soll, wenn ein Kurzschluss eintritt oder zu hohe Leistungen anfallen. In beiden Fällen steigt die Stromstärke im Stromkreis an. Eine einfache Sicherung besteht nun darin, in den Stromkreis einen dünnen Draht zu schalten, dessen Dicke so berechnet ist, dass er durchbrennt, bevor es gefährlich für die anderen Bauteile wird. Tatsächlich werden viele elektrische Geräte durch solche Schmelzdrahtsicherungen geschützt, zum Beispiel die Autoelektrik, die durch Feuchtigkeit und permanente mechanische Beanspruchung besonders kurzschluss gefährdet ist. Auch im Haushalt sind Steckdosen, Leitungen und Energieverbraucher durch Sicherungen geschützt. Hier kommen aber meist Sicherungsautomaten zum Einsatz, die für eine Stromstärke von 16 Ampere ausgelegt sind. Bei einem Kurzschluss oder wenn ein Strom mit einer Stärke von über 16 Ampere durch eine Leitung fließt, trennt die Sicherung diese Leitung von der Stromquelle, um größere Schäden zu vermeiden.

3 Kommentare
  1. Default

    Super erklärt . Weiter so!!!!

    Von Emil Sagynaliev, vor mehr als 2 Jahren
  2. Default

    Hat mir sehr geholfen. Danke für dieses Video:).

    Von Siegfried Hoche, vor etwa 3 Jahren
  3. Default

    tolles video

    Von Aiqlt6627, vor etwa 3 Jahren