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Elektrische Stromstärke

Setzt man Ladung in Bewegung, fließt elektrischer Strom. Wie viel Ladung pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt wandert, misst die Stromstärke I.

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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.

Definition
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.
Ohne und mit Spannung — wann wirklich Strom fließt
A) Ohne Spannung — kein Strom − − − − − − Die Elektronen schwirren ungeordnet durcheinander. In jede Richtung fliegen gleich viele — unterm Strich wandert keine Ladung. I = 0 B) Mit Spannung — es fließt Strom − − − − − − Driftrichtung der Elektronen technische Stromrichtung I Beide Pfeile beschreiben denselben Strom.
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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.

Merke

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 \(t = \dfrac{Q}{I}\).
Im Q-t-Diagramm ist die Steigung die Stromstärke
Bei konstanter Stromstärke wächst die Ladung gleichmäßig 246810 12345 t in s Q in C Δt = 2 s ΔQ = 1 C I = 0,5 A I = 0,25 A Steigung =ΔQΔt= IJe steiler die Gerade, desto größer die Stromstärke.
Wenn die Stromstärke nicht konstant ist
1 · I ist konstant 2 · I nimmt mit der Zeit ab Q = I · t t I Zeit t I Die Fläche ist ein Rechteck — Höhe mal Breite genügt. Zeit t I Fläche unter der I-t-Kurve = geflossene Ladung Q Kein Rechteck mehr — aber immer noch die Fläche unter dem Graphen.

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.

Stromstärke-Simulator

− + Querschnitt physikalische Stromrichtung (Elektronen) technische Stromrichtung I
Zeit t
0,0 s
Ladung Q = I · t
0,0 C
Kontrolle \(I = \dfrac{Q}{t}\)
1,0 A

Beobachtung: Bei festem I wächst Q gleichmäßig mit der Zeit.

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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.
Was hinter der Angabe „1 Ampere“ steckt
Zählfläche − − − − Elektronen wandern hindurch In genau 1 s passieren rund 6,24 · 1018 Elektronen die Zählfläche. Zusammen tragen sie die Ladung Q = 1 C. I =1 C1 s= 1 A Umgestellt: 1 C = 1 A · s
Größen, Zeichen und Einheiten
GrößeZeichenEinheit
Stromstärke\(I\)\([I]=\mathrm{A}\)  Ampere
Ladung\(Q\)\([Q]=\mathrm{C}\)  Coulomb
Zeit\(t\)\([t]=\mathrm{s}\)  Sekunde
Formeln rund um die Stromstärke
gesuchtFormel
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.
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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 \(I\).

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