Spannung und Stromstärke messen

Spannung und Stromstärke messen – Erklärung

Die Stromstärke gibt die Menge an elektrischer Ladung an, die pro Sekunde durch eine definierte Fläche eines Leiters, den sogenannten Leiterquerschnitt, fließt. Die Stromstärke ist also die Ladung pro Zeit und besitzt das Formelzeichen $I$. Die Formel zur Berechnung der Stromstärke lautet:

$I = \dfrac{\Delta Q}{\Delta t}$

Hierbei ist $\Delta Q$ das Ladungs- und $\Delta t$ das betrachtete Zeitintervall. Die Stromstärke hat die Einheit Ampere $\pu{A}$.

Im folgenden Text wird die Messung von Spannung und Stromstärke auf einfache Weise erklärt.

Spannung und Stromstärke messen – Mechanismen

Die Stromstärke wird nicht durch das Abzählen der Ladungen gemessen, kann aber über eine der Wirkungen des Stroms bestimmt werden. Es kann beispielsweise die Lichtwirkung, die Wärmedehnung oder die magnetische Auslenkung eines Drehspulinstruments betrachtet werden, die allesamt durch den Stromfluss hervorgerufen werden können.

Die Spannung kann über die elektrostatische Abstoßung von Ladungen bestimmt werden. Dafür verwendet man ein Elektroskop.

Eine praktische Möglichkeit bietet das digitale Multimeter, mit dem sowohl Stromstärken als auch Spannungen in einem Stromkreis gemessen werden können.

Spannung und Stromstärke messen – Multimeter

Zum Messen von Spannung und Stromstärke werden sogenannte Multimeter verwendet. Ein Multimeter kann so geschaltet und eingestellt werden, dass es entweder die Spannung oder die Stromstärke misst. Mittlerweile gibt es verschiedene Ausführungen dieser Geräte, die auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen und zusätzlich noch andere physikalische Größen messen können.

Ein einfache Messmethode basiert darauf, dass sich Drähte erwärmen, wenn Strom durch sie hindurchfließt. Der Draht wird umso heißer, je mehr Strom ihn durchfließt. Infolgedessen dehnt er sich aus. Lässt sich diese Ausdehnung messen, so kann sie als Maß für die Stromstärke dienen. Es kann ein Zeiger so mit dem Draht verbunden werden, dass er sich bewegt, sobald sich der Draht ausdehnt und auf einer Skala anzeigt, wie groß die Stromstärke ist.

Bei modernen Geräten werden häufig andere Wirkungen des elektrischen Stroms genutzt, um die Stromstärke zu messen. Meist wird dabei die Spannung an einem Messwiderstand gemessen.

Ein Gerät, dass nur die Stromstärke messen kann oder so eingestellt wurde, nennt man Amperemeter. In Schaltkreisen wird das Amperemeter mit einem $\pu{A}$ in einem Kreis dargestellt.

Ein Gerät, dass nur die Spannung messen kann oder so eingestellt wurde, nennt man Voltmeter. In Schaltkreisen wird das Voltmeter mit einem $\pu{V}$ in einem Kreis dargestellt.

Man unterscheidet bei Amperemetern und Voltmetern zwischen analogen und digitalen Messgeräten. Bei analogen Messgeräten zeigt ein Zeiger auf einer Skala die Stromstärke oder die Spannung an. Bei digitalen Messgeräten gibt es ein Display, das die gemessenen Werte anzeigt.

Stromstärke messen – Beispiel

Um ein Amperemeter in einen Stromkreis einzubauen und die Stromstärke zu messen, müssen folgende Schritte beachtet werden:

• Zunächst muss man beim Messgerät die Stromart wählen, also Gleichstrom oder Wechselstrom, die im Stromkreis vorliegt.
• Um das Gerät vor Schäden zu schützen, muss der Messbereich des Messgeräts auf die größte Stufe gestellt werden.
• Nun kann das Messgerät in Reihe (Reihenschaltung) zum Verbraucher in den Stromkreis geschaltet werden, damit der gesamte Strom durch das Gerät fließt und gemessen werden kann.
• Um Messfehler zu minimieren, kann der Messbereich nun langsam heruntergestellt werden, bis der Messwert möglichst im letzten Drittel der Skala abgelesen werden kann.

Die abgelesene Stromstärke ist gleich, egal ob das Messgerät vor oder hinter den Verbraucher (zum Beispiel ein Lämpchen) geschalten wird. Auch vor und hinter einem Schalter ist die Stromstärke gleich.

Die Stromstärke in verzweigten Stromkreisen (Parallelschaltung) verhält sich etwas anders. Dort ist sie in den einzelnen Verzweigungen kleiner als im unverzweigten Bereich. Addiert man jedoch die Stromstärke der einzelnen Zweige, so ergibt sich die Stromstärke des unverzweigten Teils. In dem folgenden Stromkreis ist die Stromstärke in einem Zweig $4\,\pu{A}$ und im anderen $8\,\pu{A}$. Die Stromstärke im unverzweigten Bereich beträgt $12\,\pu{A}$. Das können wir unter anderem durch Addition der Stromstärken in den einzelnen Zweigen herausfinden.

Ist nun in einer der Verzweigungen kein Verbraucher angeschlossen, so fließt der gesamte Strom durch diesen Zweig. Die Ladungsteilchen wählen den Weg des geringsten Widerstands. Eine solche Situation wird Kurzschluss genannt.

Spannung messen – Beispiel

Um ein Voltmeter in einen Stromkreis einzubauen und die Spannung zu messen, müssen folgende Schritte beachtet werden:

• Zunächst muss man beim Messgerät die Spannungsart wählen, also Gleichspannung oder Wechselspannung, die im Stromkreis vorliegt.
• Um das Gerät vor Schäden zu schützen, muss der Messbereich des Messgeräts auf die größte Stufe gestellt werden.
• Nun kann das Messgerät parallel (Parallelschaltung) zum Verbraucher in den Stromkreis geschaltet werden, damit die gesamte Spannung am Gerät anliegt und gemessen werden kann.
• Um Messfehler zu minimieren, kann der Messbereich nun langsam heruntergestellt werden, bis der Messwert möglichst im letzten Drittel der Skala abgelesen werden kann.

Die abgelesene Spannung ist in verzweigten Stromkreisen (Parallelschaltung) auf jedem Zweig gleich, also an jedem Lämpchen und der Quelle.

Anders verhält es sich bei einer Reihenschaltung. Dort ist sie an jedem Element im Stromkreis unterschiedlich groß. Addiert man jedoch die Teilspannungen, so ergibt sich die Gesamtspannung der elektrischen Quelle.

Spannung und Stromstärke messen – Zusammenfassung

Die folgenden Stichpunkte fassen noch einmal die wichtigsten Informationen zum Thema Spannung und Stromstärke messen zusammen:

• Die Stromstärke wird in Ampere $(\pu{A})$ angegeben.
• Messgeräte zum Messen der Stromstärke werden Amperemeter genannt.
• Diese Messgeräte müssen immer in Reihe geschaltet werden, um die Stromstärke an einer bestimmten Stelle im Stromkreis zu messen.
• Die Spannung wird in Volt $(\pu{V})$ angegeben.
• Messgeräte zum Messen der Spannung werden Voltmeter genannt.
• Diese Messgeräte müssen immer parallel geschaltet werden, um die Spannung an einem bestimmten Element im Stromkreis zu messen.

Zusätzlich zum Text und dem Video findest du auch hier Übungen und Arbeitsblätter zum Thema Spannung und Stromstärke messen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Stromstärke messen