Was im Stromkreis fließt — und was ihn antreibt
Verbindet man eine Spannungsquelle über Leitungen mit einem Bauteil, entsteht ein geschlossener Stromkreis — die Ladung fließt dauerhaft. Drei Größen beschreiben, was dabei passiert; auseinanderhalten kann man sie am schnellsten mit der Wasser-Analogie.
| Größe | Zeichen, Einheit | Wasser-Bild | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Spannung | \(U\) · \([U]=\mathrm{V}\) (Volt) | Druck bzw. Höhenunterschied | treibt die Ladung an |
| Stromstärke | \(I\) · \([I]=\mathrm{A}\) (Ampere) | Wasserdurchfluss pro Sekunde | wie viel Ladung fließt |
| Widerstand | \(R\) · \([R]=\Omega\) (Ohm) | enge Stelle im Rohr | hemmt den Fluss |
Entscheidend ist die Blickrichtung: Die Spannung liegt zwischen zwei Punkten an, die Stromstärke wird an einer Stelle gemessen. Daraus folgt der Anschluss der Messgeräte.
Drei Grundgrößen: Spannung \(U\) in Volt treibt die Ladung an, Stromstärke \(I\) in Ampere gibt an, wie viel Ladung fließt, Widerstand \(R\) in Ohm hemmt den Fluss.
Voltmeter: Die Spannung liegt zwischen zwei Punkten an; deshalb wird das Voltmeter parallel zum Bauteil geschaltet.
Amperemeter: Die Stromstärke fließt durch eine Stelle; deshalb kommt das Amperemeter in Reihe.
- Voltmeter:Misst einen Unterschied und muss gleichzeitig an beiden Punkten hängen — also parallel zum Bauteil.
- Amperemeter:Misst den Durchfluss an einer einzigen Stelle, der Strom muss hindurch — also in Reihe in den Kreis.
Quelle, Widerstand und die beiden Messgeräte an ihrem jeweils richtigen Platz. Der blaue Pfeil zeigt die technische Stromrichtung.
Widerstand und das Ohmsche Gesetz
Der Widerstand R gibt an, wie stark ein Bauteil den Fluss hemmt. Er gehört zum Bauteil, nicht zum Strom: Wie eng das Rohr ist, entscheidet das Rohr, nicht das Wasser. Ein Bauteil hat 1 Ω, wenn bei 1 V genau 1 A fließen.
Bei vielen Bauteilen — etwa einem Draht bei gleichbleibender Temperatur — verdoppelt sich mit der Spannung auch die Stromstärke. Im U-I-Diagramm entsteht dann eine Gerade durch den Ursprung.
Ohmsches Gesetz
- Proportional:Bei festem R wächst I im gleichen Verhältnis wie U.
- Kein eigener Antrieb:Der Widerstand begrenzt nur. Angetrieben wird ausschließlich durch die Spannung.
Widerstand: Er gibt an, wie stark ein Bauteil den Fluss hemmt, und gehört zum Bauteil. Ein Bauteil hat \(1\,\Omega\), wenn bei \(1\,\mathrm V\) genau \(1\,\mathrm A\) fließen.
Ohmsches Gesetz: \(U=R\cdot I\), umgestellt \(I=\dfrac{U}{R}\) und \(R=\dfrac{U}{I}\).
Proportional: Bei festem \(R\) wächst \(I\) im gleichen Verhältnis wie \(U\); im \(U\)-\(I\)-Diagramm entsteht eine Ursprungsgerade.
Mit der Formel rechnen
Zwei Werte sind gegeben, der dritte wird gesucht. Welche Umstellung dazu gehört, muss man nicht auswendig lernen — das Formeldreieck genügt.
- Milli (m):Ein Tausendstel — 250 mA = 0,25 A.
- Kilo (k):Das Tausendfache — 2 kΩ = 2000 Ω.
- Plausibilitätstest:Großer Widerstand → kleine Stromstärke. Ein Ergebnis, das dieser Erwartung widerspricht, ist fast immer ein Rechenfehler.
Rechnen: Zwei Größen sind gegeben, die dritte folgt aus \(I=\dfrac{U}{R}\), \(U=R\cdot I\) oder \(R=\dfrac{U}{I}\).
Vorsätze: Milli ist ein Tausendstel (\(250\,\mathrm{mA}=0{,}25\,\mathrm A\)), Kilo das Tausendfache (\(2\,\mathrm{k\Omega}=2000\,\Omega\)).
Plausibilität: Großer Widerstand bedeutet kleine Stromstärke.
Allgemeine Hinweise
Erst Vorsätze umrechnen
\(250\,\mathrm{mA}=0{,}25\,\mathrm{A}\) und \(2\,\mathrm{k\Omega}=2000\,\Omega\). Wer mA oder kΩ direkt in \(U=R\cdot I\) einsetzt, landet um den Faktor 1000 daneben.
Der Widerstand treibt nichts an
R gehört zum Bauteil und begrenzt nur; angetrieben wird allein durch \(U\). Im \(U\)-\(I\)-Diagramm ist die Steigung deshalb \(\tfrac{1}{R}\) — je steiler, desto kleiner der Widerstand.
Parallel misst U in Reihe I
Das Voltmeter misst einen Unterschied zwischen zwei Punkten, also parallel zum Bauteil. Das Amperemeter misst den Durchfluss an einer Stelle — der Strom muss hindurch, also in Reihe.