Elektrischer Strom – Was ist das?

Elektrischer Strom – Was ist das? Übung

• Finde die physikalisch sinnvollen Aussagen.

  Tipps

  Was ist die Definition des elektrischen Stroms?

  Passiert etwas, wenn du dich vom elektrischen Strom fern hältst?

  Lösung

  Strom ist die Bewegung elektrisch geladener Teilchen im Leiter. Es macht also keinen Sinn zu sagen, dass der Strom fließt. Es sind die Teilchen, die fließen.

  Um Stromkabel herum befindet sich eine Isolierung. Dadurch bleiben die geladenen Teilchen im Leiter. Der Strom ist nur gefährlich, wenn er durch deinen Körper fließt. Das kann zum Beispiel passieren, wenn du einen nicht isolierten Leiter anfasst (wenn darin ein Strom vorhanden ist).

  Der Strom ist die Bewegung von Teilchen. Die Bewegung von Teilchen kann man nicht verbrauchen. Mit Stromverbrauch meint man eigentlich eine Umwandlung elektrischer Energie in andere Energieformen, zum Beispiel Lichtenergie und Wärmeenergie.

• Beschreibe den elektrischen Strom und die Stromstärke.

  Tipps

  Welche Ladung haben Elektronen?

  Überlege dir, welche Eigenschaften geladene Teilchen haben müssen, um sich anzuziehen, und welche sie haben müssen, um sich abzustoßen.

  Lösung

  In elektrischen Leitern befinden sich freie Elektronen. Elektronen sind negativ geladen. Deshalb werden sie vom Minuspol abgestoßen und vom Pluspol angezogen.

  Die Formel für die Stromstärke ist $I=\frac{Q}{t}$, also Ladung pro Zeit. Es geht dabei darum, wie viel Ladung pro Zeit durch den Querschnitt eines Leiters fließt. Die Einheit ist also Coulomb pro Sekunde. Diese Einheit wird zu Ehren des Physikers Andre-Marie Ampere als Ampere bezeichnet.

• Berechne die Stromstärke.

  Tipps

  Erinnere dich an die Formel für die elektrische Stromstärke.

  Was ist die Einheit der elektrischen Stromstärke?

  Lösung

  Gegeben sind die Ladung $Q=20\,C$ und die Zeit $t=10\,s$. Gesucht ist die Stromstärke $I$.

  Die Stromstärke ist definiert als die Ladung, die pro Zeit durch den Querschnitt eines Leiters fließt. Also

  $I=\frac{Q}{t}$.

  Wir setzen ein und erhalten:

  $I=\frac{20\,C}{10\,s}=2\,\frac{C}{s}$.

  Coulomb pro Sekunde ist die Einheit der Stromstärke, das Ampere oder $A$. Wir erhalten also:

  $I=2\,A$.

• Benutze den Vergleich von elektrischem Strom und Fluss.

  Tipps

  Was ist die Definition des elektrischen Stroms?

  Aus was besteht der elektrische Strom?

  Können geladene Teilchen einfach verschwinden?

  Wie groß ist die Stromstärke nach der Vereinigung der beiden Leiter?

  Lösung

  Der elektrische Strom ist die gemeinsame Bewegung der Elektronen im Leiter. Wie die Moleküle im Fluss können die Elektronen nicht einfach verschwinden, wenn sie an eine Abzweigung kommen. Es können auch nicht mehr Elektronen hinzukommen. An einer Abzweigung teilen sich die Elektronen also auf. Da beide Abzweigungen genau gleich sind und danach wieder zusammenführen, teilen sich die Elektronen zu gleichen Teilen auf die beiden Abzweigungen auf. Genau so verhält sich auch das Wasser in einem Fluss oder in einem Rohr.

  Die Stromstärke ist definiert als die Zahl der Elektronen, die pro Zeit durch den Querschnitt eines Leiters fließen. Wenn durch jeden der Teilleiter die Hälfte der Elektronen fließt, dann ist die Stromstärke also genau die Hälfte der Stromstärke vor der Abzweigung. Nach der Abzweigung ist die Stromstärke wieder genau gleich groß. Wir können das auch in Formeln ausdrücken.

  Wir bezeichnen die Stromstärke vor der Abzweigung als $I$, die Stromstärke im ersten Abzweig als $I_1$ und die Stromstärke im zweiten Abzweig als $I_2$. Wir wissen, dass $I=\frac{Q}{t}$ und $I_1=\frac{\frac{Q}{2}}{t}$. Dann ist klar, dass $I_1=\frac{I}{2}$. Dasselbe gilt für $I_2$. Im Allgemeinen gilt an solchen Abzweigungen $I=I_1+I_2$.

• Finde die richtigen Vergleiche.

  Tipps

  Erinnere dich an die Definition des elektrischen Stroms.

  Was bewegt sich im Wasser, wenn es fließt und was bewegt sich im Leiter?

  Lösung

  Den elektrischen Strom bilden die geladenen Teilchen im Leiter: die Elektronen. Die Strömung im Fluss wird vom Wasser gebildet, das aus Molekülen besteht. Was für den elektrischen Strom die Elektronen sind, sind im Fluss die Wassermoleküle.

  Die Elektronen befinden sich also im Leiter und die Moleküle im Flussbett.

  Die Stärke des elektrischen Stroms wird über die gesamte Ladung bestimmt, die pro Zeit durch den Querschnitt des Leiters fließt. Die Stärke der Strömung im Fluss wird durch die Zahl von Molekülen bestimmt, die pro Zeit durch den Querschnitt des Flusses fließen.

  Die Elektronen fließen aufgrund ihrer negativen Ladung vom Minus- zum Pluspol. Die Wassermoleküle fließen durch die Erdanziehung immer bergab.

• Berechne die Zeit zum Durchfließen des Leiters.

  Tipps

  Erinnere dich an die Formel zur Berechnung der Stromstärke.

  Erinnere dich daran, wie man Formeln umstellt.

  Lösung

  Gegeben sind die Stromstärke $I=5\,A$ und die Ladung $Q=20\,C$. Gesucht ist die Zeit $t$.

  Die Stromstärke ist definiert als die Ladung $Q$, die pro Zeit $t$ durch den Querschnitt eines Leiters fließt. Also:

  $I=\frac{Q}{t}$.

  Da wir die Zeit wissen möchten, stellen wir diese Formel um. Wir multiplizieren auf beiden Seiten mit $t$ und erhalten:

  $I\cdot t=Q$.

  Dann teilen wir auf beiden Seiten durch $I$ und es ergibt sich:

  $t=\frac{Q}{I}$.

  Dann setzen wir ein und erhalten:

  $t=\frac{20\,C}{5\,A}=4\,\frac{C}{A}=4\,\frac{C}{\frac{C}{s}}=4\,s$.