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Elektrische Stromstärke als Grundgröße 07:05 min

Textversion des Videos

Transkript Elektrische Stromstärke als Grundgröße

Hallo, hast du schon mal darüber nachgedacht, am nächsten großen Fluss ein Floß zu bauen und einfach mit der Strömung zu reisen? Das Wasser strömt durch das Flussbett und trägt dein Floß.

Direkt daneben gibt es noch einen weiteren Strom. Er strömt durch die Kabel der Fernleitung. Es ist der elektrische Strom, der die Großstadt in der Ferne mit Energie versorgt. Aber was strömt dabei eigentlich und wie können wir das messen? Dabei hilft uns die Elektrische Stromstärke als Grundgröße.

Du lernst hierbei zunächst das elektrische Leitungsmodell kennen und dann zeige ich dir, was die elektrische Stromstärke ist und wie man sie messen und vergleichen kann.

Das elektrische Leitungsmodell

Für das Leitungsmodell schauen wir uns einen einfachen Stromkreis aus einer Batterie, einer Lampe und elektrischen Leitungen an. Eine sehr nützliche Modellvorstellung ist, dass sich in jedem Leiter Ladungsträger befinden, die sich frei bewegen. Bei Metalldrähten wie zum Beispiel Kupfer sind dies die negativen Elektronen.

Zusätzlich befinden sich noch positive Ladungsträger im Leiter, die sich nicht bewegen können. Dabei gibt es immer gleich viele negative wie positive Ladungsträger. Deshalb ist der gesamte Leiter elektrisch neutral.

Bei einer Batterie ist das anders. Am negativen Pol gibt es besonders viele Elektronen. Das wird als Elektronenüberschuss bezeichnet. Am positiven Pol gibt es sehr wenige Elektronen, was man Elektronenmangel nennt.

Wenn man nun den Stromkreis schließt, werden Elektronenüberschuss und Elektronenmangel ausgeglichen. Die Elektronen fließen durch den Leiter vom negativen zum positiven Pol der Batterie. Das ist der elektrische Strom. In diesem Fall handelt es sich um einen Elektronenstrom. Beachte jedoch, dass sich die Elektronen entgegengesetzt zur technischen Stromrichtung bewegen.

Die Entdecker des elektrischen Stroms haben die technische Stromrichtung nämlich festgelegt, ohne etwas von Elektronen zu wissen. Nachdem sich alle daran gewöhnt hatten, wollte es niemand mehr ändern.

Halten wir allgemein fest: Der elektrische Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. Elektronen bewegen sich entgegen der technischen Stromrichtung vom negativen zum positiven Pol einer Batterie.

Wir sprechen hier allgemein von Ladungsträgern. Und das hat einen Grund. Es gibt auch noch eine andere Art der elektrischen Leitung. Eigentlich ist Wasser kein guter elektrischer Leiter. Setzen wir in unseren Stromkreis noch ein Glas Wasser, leuchtet die Lampe nur schwach.

Doch geben wir etwas Salz ins Wasser, leitet es den elektrischen Strom recht gut. Das Salz zerfällt im Wasser in positive und negative Ladungsträger. Sie werden als Ionen bezeichnet.

Die positiven Ionen bewegen sich in Richtung des negativen Pols der Batterie. Die negativen Ionen bewegen zum positiven Pol. Die Lampe leuchtet also stärker als vorher, weil mehr bewegliche Ladungsträger im Wasser sind.

Die elektrische Stromstärke

So können wir auch die Stärke elektrischer Ströme vergleichen. Die zugehörige physikalische Größe heißt elektrische Stromstärke. Sie bekommt das Formelzeichen groß I und gibt an, wie viele Ladungsträger, Delta Q, pro Zeiteinheit, Delta t, durch die elektrische Leitung fließen.

Die Ladung wird in Coulomb und die Zeit in Sekunden gemessen. Deshalb ist die Einheit der Stromstärke: Coulomb pro Sekunde. Dies wird auch als ein Ampere bezeichnet. Das geschah zu Ehren von André-Marie Ampère, der im frühen 19. Jahrhundert grundlegende Arbeit zum Verständnis des elektrischen Stroms geleistet hat.

Messen können wir die Stromstärke mit einem so genannten Amperemeter. Dieses wird so in den Stromkreis eingebaut, dass sich die Elektronen durch das Messgerät bewegen müssen. Man sagt, man schaltet das Amperemeter in Reihe. Auf diese Weise können wir verschiedene physikalische Systeme oder Objekte ausmessen und vergleichen.

Für Leitungswasser und einen Stromkreis, wie am Anfang des Videos, ist die Stromstärke noch sehr gering. Sie liegt bei etwa 10 Milliampere. Die Vorsilbe “Milli” bedeutet ein Tausendstel. 10 Milliampere sind also 10 durch 1000 Ampere. Und das sind 0,01 Ampere. Bei Salzwasser liegt die Stromstärke dagegen schon bei etwa 1 Ampere. In den Heizwendeln eines Wasserkochers beträgt die Stromstärke etwa 10 Ampere. Und in der Fernleitung vom Anfang des Videos kann die Stromstärke sogar über hundert Ampere betragen.

Zusammenfassung

Fassen wir also zusammen: Der elektrische Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. Ladungsträger können Elektronen oder Ionen sein. Elektronen tragen eine negative Ladung. Ionen können positiv oder negativ sein. Negative Ladungsträger fließen in die Richtung des positiven Pols der Energiequelle. Sie fließen also entgegen der technischen Stromrichtung.

Die Stärke des elektrischen Stroms wird als Stromstärke I mit der Einheit Ampere bezeichnet. Sie gibt an, wie viele Ladungsträger pro Zeitintervall durch die elektrische Leitung fließen.

Vielleicht hast du ja ein Amperemeter zu Hause. Dann kannst du selber die Stromstärke für einen Stromkreis mit einer Flachbatterie und verschiedenen Materialien messen. Du wirst staunen, welche Stoffe alles den Strom leiten können!

11 Kommentare
  1. Karsten

    Hallo Rkwilleke,

    Kurzschlüsse können sehr gefährlich werden, da hohe Ströme fließen und auch viel Wärme frei wird, die einen Brand auslösen kann.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor 22 Tagen
  2. Default

    Wieso sollte es keinen Kurzschluss im Stromkreis geben

    Von Rkwilleke, vor 23 Tagen
  3. Bilder jonas ipod 038

    Tolles Video, echt suuuupi erklärt!!!!
    ;-)
    :-)

    Von Jonas Nelly b., vor etwa einem Jahr
  4. Karsten

    @Cat In A Hat,
    wenn du die Pole der Batterie, direkt ohne Lastwiderstand (Glühlampe, Motor, ...) verbindest erzeugst du einen Kurzschluss. In einem Stromkreis sollte es jedoch keinen Kurzschluss geben.

    Von Karsten Schedemann, vor mehr als einem Jahr
  5. Default

    Bei der ersten Aufgabe wird gefragt, was die allernötigste Bauteile für einen Stromkreis sind. Ich habe das Kabel und die Batterie gewählt, aber laut der Lösung wird auch ein LED/eine Glühbirne benötigt. Eigentlich braucht man nur Leiter und Batterie, das LED/die Glühbirne zeigt nur an, ob Strom fließt. Ohne ihn/sie kann der Stromkreis auch existieren.
    Mache ich etwas falsch?

    Von Cat In A Hat, vor mehr als einem Jahr
  1. Default

    @Iris Dd
    Amperemeter ist auch ein gültiger Name

    Von Cat In A Hat, vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    War gut

    Von Gulukla, vor etwa 2 Jahren
  3. Default

    Ihr habt einen Schreibfehler im Video. Es steht "Der eklektrische Strom ist die gerichte Bewegung von Ladungströmen" an der Tafel.

    Von Deleted User 221074, vor mehr als 3 Jahren
  4. Wellensittich ankiro fotolia com

    Es heißt Stromstärkemesser, nicht Ampérmeter!

    Von Iris Dd, vor fast 4 Jahren
  5. Default

    ihr veranschaulicht das immer voll gut

    Von Berg Trifft, vor etwa 4 Jahren
  6. Default

    Gutes Video, hat mir geholfen ;-)

    Von Derschs, vor etwa 4 Jahren
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Elektrische Stromstärke als Grundgröße Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektrische Stromstärke als Grundgröße kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, welche Bauteile für einen Stromkreis unbedingt notwendig sind.

    Tipps

    Wir brauchen eine Energiequelle.

    Wir brauchen auch einen Leiter.

    Einen Verbraucher brauchen wir auch.

    Lösung

    Im einfachsten Aufbau für das elektrische Leitungsmodell haben wir eine Batterie an eine Lampe angeschlossen. Dazu brauchen wir oben genannte Batterie und die Lampe, aber auch ein Kabel als Leiter, sodass ein geschlossener Stromkreis entsteht.

  • Gib den Namensgeber für die elektrische Stromstärke an.

    Tipps

    Der Namensgeber lebte von 1775 bis 1836.

    Er wurde in Lyon geboren.

    Lösung

    Gesucht ist André-Marie Ampère. Die Einheit der Stromstärke wurde nach dem französischen Mathematiker und Physiker benannt, da er wichtige grundlegende Erkenntnisse im Bereich der Elektrizität lieferte.

  • Definiere die zwei Stromrichtungen.

    Tipps

    Denke an die Definition des „elektrischen Stroms".

    Ein entscheidendes Kriterium ist der Unterschied zwischen den Polen einer Batterie.

    Am Minuspol herrscht Elektronenüberschuss.

    Lösung

    Der „Elektronenstrom" und der „technische Strom" sind beide Stromrichtungen.

    Der Unterschied besteht darin, dass wir im Falle des Elektronenstroms von der Bewegungsrichtung der Elektronen ausgehen. Diese fließen an den unbeweglichen Protonen vorbei vom Minuspol zum Pluspol. Ihre Triebfeder ist der Ladungsunterschied zwischen den Polen. Das kannst du dir auch anhand eines natürlichen Flusses vorstellen. Flüsse entspringen immer in den Gebirgen und münden in die See. Die Triebfeder hier wäre also der Höhenunterschied.

    Da man die Bewegung der einzelnen Elektronen jedoch erst weit nach der Entdeckung der Elektrizität nachvollziehen konnte, legten Wissenschaftler die „technische Stromrichtung" als eine Strombewegung vom Plus- zum Minuspol fest. Diese ist also der elektrischen Stromrichtung entgegengesetzt. Da man sich in der Technik und Wissenschaft bereits an diese Stromrichtung gewöhnt hatte, wurde diese auch noch benutzt, als schon bewiesen war, das der Strom sich eigentlich anders bewegt. Deshalb haben wir heute zwei Stromrichtungen.

  • Bewerte die Aussagen über das Amperemeter.

    Tipps

    Beachte das Ersatzschaltbild.

    Die Einheit der Ladung ist Coulomb.

    Die Strömstärke ist abhängig von Ladung und Zeit.

    Lösung

    Wie der Name schon besagt, ist das Amperemeter mit dem Ampere in Verbindung zu setzen. Es ist also ein Messgerät für die Stromstärke.

    Das Amperemeter muss immer in Reihe geschaltet werden, da der Strom sonst nicht gemessen werden kann. Wollen wir wissen, wie groß die Stromstärke eine Flusses ist, so müssen wir ja auch direkt im betrachteten Fluss messen und nicht in einem Nebenarm.

    Wir haben bereits gelernt, dass die Grundeinheit der Stromstärke ein Ampere ist. Ein Ampere entspricht genau einem Coulomb in einer Sekunde. Also sind sowohl Ladung als auch Zeit beeinflussende Parameter und müssen im Amperemeter gemessen werden.

  • Ermittle die Ergebnisse der Umrechnung.

    Tipps

    Der Umrechnungsfaktor ist 1000.

    1 mA ist also $\frac{1}{1000}A$

    1 A ist 1000mA.

    Lösung

    Ein Milliampere entspricht 0,001 Ampere. Andersherum sind 1 Ampère genau 1000 Milliampere.

    So können wir nun 0,005 A ganz leicht als 5 mA ausmachen, oder 800 mA als 0,8 A.

    Diese Umrechnung sind nötig, um Ergebnisse einfacher darstellen zu können oder Rechnungen zu vereinfachen.

  • Bestimme die Stromstärke.

    Tipps

    1000 mC sind 1 Coulomb.

    Die Grundeinheit der Zeit ist die Sekunde.

    Ein Ampere entspricht einem Coulomb in einer Sekunde.

    Lösung

    Wir haben gelernt, dass ein Ampere einer bewegten Ladung von einem Coulomb in einer Sekunde entspricht. Fließt also ein Coulomb in einer Sekunde, sprechen wir von einer Stromstärke von einem Ampere.

    Die größte Stromstärke in der Aufgabe lautet also 600 C in 2 s, nämlich 300 A. Danach kommt die Stromstärke von 250 A, die auftritt, wenn eine Ladung von 1000 C in 4 s bewegt wird. Fließen 18 C in 0,1 s entspricht das einer Stromstärke von 180 A, was hier die drittgrößte Stromstärke ist. Dann kommen 9.000 C in einer Minute, also in 60 s. Hier kommen wir auf eine Stromstärke von 150 A. Die kleinste Stromstärke tritt auf, wenn wir 1200 mC also 1,2 C innerhalb von 0,02 s bewegen. Das wären dann 60 A.

    Du siehst also, die größte bewegte Ladung muss noch lange nicht den größten elektrischen Strom ausmachen. Es kommt darauf an, wieiel Zeit dafür in Anspruch genommen wird.