Strom ist Ladung in Bewegung
Bewegte Ladung ist ein elektrischer Strom. Im Metall wandern dabei ausschließlich die frei beweglichen Elektronen — die Atomrümpfe bleiben ortsfest im Gitter.
- Elektrischer Strom
- Gerichtete Bewegung von Ladungsträgern durch den Querschnitt eines Leiters.
- Technische Stromrichtung
- Festgelegt von + nach −; sie wird in allen Schaltbildern verwendet.
- Ohne Spannung:Die freien Elektronen schwirren ungeordnet durcheinander — unterm Strich wandert keine Ladung.
- Mit Spannung:Der Wärmebewegung überlagert sich eine langsame gemeinsame Driftbewegung. Erst sie ist der Strom.
- Elektronenstrom:Die Elektronen wandern tatsächlich von − nach +, also entgegen der technischen Stromrichtung.
Die Stromstärke \(I = \dfrac{Q}{t}\)
Die Stromstärke ist keine Ladungsmenge, sondern eine Rate: Sie gibt an, wie viel Ladung pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt wandert.
Rate statt Menge: Die Stromstärke ist eine Ladung pro Zeit, keine Ladungsmenge: \(1\,\text{A}=1\,\frac{\text{C}}{\text{s}}\). Im unverzweigten Stromkreis ist sie an jeder Stelle gleich groß — durch jeden Querschnitt wandert pro Sekunde dieselbe Ladung.
Elektrische Stromstärke
- Bezugsfläche:Gezählt wird die Ladung durch einen gedachten Querschnitt des Leiters.
- Eine Gleichung, drei Formen:Aus \(I = \dfrac{Q}{t}\) folgt \(Q = I \cdot t\) und \(t = \dfrac{Q}{I}\).
Wenn die Stromstärke nicht konstant ist
Links das Rechteck, rechts die schraffierte Fläche — in beiden Fällen liest man dieselbe Größe ab: die geflossene Ladung Q.
Die Formel \(Q = I \cdot t\) gilt nur so lange, wie die Stromstärke konstant bleibt; dann ist die Ladung genau der Inhalt des Rechtecks unter der waagerechten I-t-Linie. Ändert sich \(I\) dagegen mit der Zeit, so zählt weiterhin die Fläche unter der Kurve — sie lässt sich nur nicht mehr als einfaches Produkt ausrechnen.
Genau dieser Fall begegnet dir in 1.3.2 Entladen des Kondensators: Dort ist die Stromstärke am Anfang groß und wird immer kleiner.
Bei fester Stromstärke wächst die Ladung Q = I · t gleichmäßig mit der Zeit.
Beobachtung: Bei festem I wächst Q gleichmäßig mit der Zeit.
Ampere — Einheit und Rechnen
Das Ampere ist eine SI-Basiseinheit; das Coulomb wird daraus abgeleitet. Wer 1 A = 1 \(\mathrm{\frac{C}{s}}\) parat hat, braucht sich die drei Formeln nicht einzeln zu merken.
- Definition der Einheit:\([I]=\mathrm{A}\) und \(1\,\mathrm{A}=1\,\mathrm{\frac{C}{s}}\), daraus folgt \(1\,\mathrm{C}=1\,\mathrm{A}\cdot\mathrm{s}\).
- Größenordnung:1 C entspricht rund 6,24 · 1018 Elementarladungen — 1 A ist trotzdem eine ganz gewöhnliche Stromstärke.
| Größe | Zeichen | Einheit |
|---|---|---|
| Stromstärke | \(I\) | \([I]=\mathrm{A}\) Ampere |
| Ladung | \(Q\) | \([Q]=\mathrm{C}\) Coulomb |
| Zeit | \(t\) | \([t]=\mathrm{s}\) Sekunde |
| gesucht | Formel |
|---|---|
| Stromstärke | \(\displaystyle I=\frac{Q}{t}\) |
| Ladung | \(Q = I \cdot t\) |
| Zeit | \(\displaystyle t=\frac{Q}{I}\) |
- Zeit umrechnen:Der häufigste Fehler. Aus 4 min werden 240 s — wer die 4 einsetzt, liegt um den Faktor 60 daneben.
- Vorsilben vergleichen:Erst die Vorsilbe, dann die Ziffer: 20 mA sind deutlich weniger als 1 A.
- Einheitenprobe:C ÷ A ergibt Sekunden, A · s ergibt Coulomb. Kommt etwas anderes heraus, ist die Formel falsch angewendet.
Allgemeine Hinweise
Minuten sind keine Sekunden
Der häufigste Rechenfehler: Aus \(4\,\mathrm{min}\) werden \(240\,\mathrm s\). Wer die 4 einsetzt, liegt um den Faktor 60 daneben — \(t\) gehört immer in Sekunden in die Formel.
Stromstärke ist eine Rate
\(I\) ist keine Ladungsmenge, sondern Ladung pro Zeit: \(1\,\mathrm A=1\,\mathrm{\frac{C}{s}}\). Deshalb wird Strom auch nicht verbraucht — im unverzweigten Kreis ist \(I\) an jeder Stelle gleich groß.
Einheitenprobe als Kontrolle
\(\mathrm{C}:\mathrm{A}\) ergibt Sekunden, \(\mathrm{A}\cdot\mathrm{s}\) ergibt Coulomb. Und beachte: \(Q=I\cdot t\) gilt nur bei konstantem \(I\).
