Was ist elektrischer Strom: die Grundlagen

Das Tutorial über elektrischen Strom umfasst:
Was ist elektrischer Strom Stromeinheit – Ampere AC & DC

Elektrischer Strom ist eines der grundlegendsten Konzepte, die es in der elektrischen und elektronischen Wissenschaft gibt – elektrischer Strom ist der Kern der Wissenschaft der Elektrizität.

Ob es sich um ein elektrisches Heizgerät, ein großes Stromnetz, ein Mobiltelefon, einen Computer, einen entfernten Sensorknoten oder was auch immer handelt, das Konzept des elektrischen Stroms ist von zentraler Bedeutung für seinen Betrieb.

Allerdings kann man Strom als solchen normalerweise nicht sehen, obwohl seine Auswirkungen ständig zu sehen, zu hören und zu spüren sind, und deshalb ist es manchmal schwierig, sich ein Bild davon zu machen, was er wirklich ist.

Definition des elektrischen Stroms

Die Größe des elektrischen Stroms wird in Coulomb pro Sekunde gemessen, die gebräuchliche Einheit dafür ist das Ampere, das mit dem Buchstaben „A“ bezeichnet wird.

Das Ampere wird in der Elektrotechnik und Elektronik zusammen mit den Multiplikatoren wie Milliampere (0,001A), Mikroampere (0,000001A) usw. verwendet.

Der Stromfluss in einem Stromkreis wird normalerweise mit dem Buchstaben „I“ bezeichnet, und dieser Buchstabe wird in Gleichungen wie dem Ohmschen Gesetz verwendet, bei dem V=I⋅R ist.

Was ist elektrischer Strom: die Grundlagen

Das grundlegende Konzept von Strom ist, dass es sich um die Bewegung von Elektronen in einer Substanz handelt. Elektronen sind winzige Teilchen, die als Teil der Molekularstruktur von Stoffen existieren. Manchmal werden diese Elektronen fest in den Molekülen gehalten, ein anderes Mal sind sie locker und können sich relativ frei in der Struktur bewegen.

Ein sehr wichtiger Punkt, den man über Elektronen wissen sollte, ist, dass sie geladene Teilchen sind – sie tragen eine negative Ladung. Wenn sie sich bewegen, bewegt sich eine Ladungsmenge, und das nennt man Strom.

Es ist auch erwähnenswert, dass die Anzahl der Elektronen, die sich bewegen können, die Fähigkeit eines bestimmten Stoffes bestimmt, Elektrizität zu leiten. Einige Materialien lassen den Strom besser fließen als andere.

Die Bewegung der freien Elektronen ist normalerweise sehr zufällig – es bewegen sich genauso viele Elektronen in eine Richtung wie in eine andere, und als Ergebnis gibt es keine Gesamtbewegung der Ladung.

Wirkt eine Kraft auf die Elektronen, um sie in eine bestimmte Richtung zu bewegen, so driften sie alle in die gleiche Richtung, wenn auch immer noch etwas planlos, aber es gibt eine Gesamtbewegung in eine Richtung.

Die Kraft, die auf die Elektronen einwirkt, wird elektromotorische Kraft oder EMK genannt, und ihre Größe ist die in Volt gemessene Spannung.

Um ein wenig besser zu verstehen, was Strom ist und wie er in einem Leiter wirkt, kann man ihn mit dem Wasserfluss in einem Rohr vergleichen. Dieser Vergleich ist nur bedingt aussagekräftig, aber er dient als sehr grundlegende Veranschaulichung von Strom und Stromfluss.

Der Strom kann als Wasser betrachtet werden, das durch ein Rohr fließt. Wenn auf ein Ende Druck ausgeübt wird, wird das Wasser gezwungen, sich in eine Richtung zu bewegen und durch das Rohr zu fließen. Die Menge des fließenden Wassers ist proportional zu dem Druck, der auf das Ende ausgeübt wird. Der Druck oder die Kraft, die auf das Ende ausgeübt wird, kann mit der elektromotorischen Kraft verglichen werden.

Wenn der Druck auf das Rohr ausgeübt wird oder das Wasser durch das Öffnen eines Wasserhahns fließen kann, dann fließt das Wasser praktisch sofort. Das Gleiche gilt für den elektrischen Strom.

Um sich eine Vorstellung vom Elektronenfluss zu machen, braucht man für einen Strom von einem Ampere 6,24 Milliarden Milliarden Elektronen pro Sekunde.

Konventioneller Strom und Elektronenfluss

Es gibt oft viele Missverständnisse über den konventionellen Stromfluss und den Elektronenfluss. Das kann anfangs etwas verwirrend sein, aber es ist eigentlich ganz einfach.

Die Teilchen, die Ladung entlang von Leitern tragen, sind freie Elektronen. Die Richtung des elektrischen Feldes innerhalb eines Stromkreises ist per Definition die Richtung, in die positive Testladungen geschoben werden. Daher bewegen sich diese negativ geladenen Elektronen in die dem elektrischen Feld entgegengesetzte Richtung.

Dies kam zustande, weil die anfänglichen Untersuchungen über statische und dynamische elektrische Ströme auf dem beruhten, was wir heute als positive Ladungsträger bezeichnen würden. Das bedeutete, dass die damalige Konvention für die Richtung eines elektrischen Stroms als die Richtung festgelegt wurde, in die sich positive Ladungen bewegen würden. Diese Konvention ist geblieben und wird auch heute noch verwendet.

Zusammengefasst:

• Konventioneller Stromfluss: Der konventionelle Stromfluss ist vom positiven zum negativen Pol und zeigt die Richtung an, in die positive Ladungen fließen würden.
• Elektronenfluss: Der Elektronenstrom fließt von der negativen zur positiven Klemme. Elektronen sind negativ geladen und werden daher vom positiven Pol angezogen, da sich ungleiche Ladungen anziehen.

Dies ist die Konvention, die bis heute weltweit verwendet wird, auch wenn sie ein wenig seltsam und veraltet erscheinen mag.

Geschwindigkeit der Elektronen- oder Ladungsbewegung

Die Geschwindigkeit der Übertragung von elektrischem Strom unterscheidet sich stark von der Geschwindigkeit der eigentlichen Elektronenbewegung. Das Elektron selbst hüpft im Leiter hin und her und bewegt sich möglicherweise nur wenige Millimeter pro Sekunde entlang des Leiters. Das bedeutet, dass bei Wechselstrom, bei dem der Strom 50 oder 60 Mal pro Sekunde die Richtung wechselt, die meisten Elektronen nie aus dem Draht herauskommen.

Ein anderes Beispiel: Im Beinahe-Vakuum einer Kathodenstrahlröhre bewegen sich die Elektronen in nahezu geraden Linien mit etwa einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit.

Wirkungen des Stroms

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, gibt es eine Reihe von Anzeichen dafür, dass ein Strom fließt.

• Wärme wird abgeleitet: Das wohl offensichtlichste ist, dass Wärme erzeugt wird. Wenn der Strom klein ist, ist die erzeugte Wärmemenge wahrscheinlich sehr gering und wird vielleicht nicht bemerkt. Wenn der Strom jedoch größer ist, kann eine spürbare Wärmemenge entstehen. Ein elektrisches Feuer ist ein gutes Beispiel dafür, wie ein Strom Wärme erzeugt. Die tatsächliche Wärmemenge wird nicht nur durch den Strom, sondern auch durch die Spannung und den Widerstand des Leiters bestimmt.
• Magnetische Wirkung: Ein weiterer Effekt, den man beobachten kann, ist, dass sich um den Leiter ein Magnetfeld aufbaut. Wenn im Leiter ein Strom fließt, kann man dies feststellen. Wenn man einen Kompass in die Nähe eines Drahtes hält, der einen relativ großen Gleichstrom führt, kann man sehen, wie die Kompassnadel ausgelenkt wird. Beachten Sie, dass dies bei Netzstrom nicht funktioniert, weil das Feld zu schnell wechselt, als dass die Nadel darauf reagieren könnte, und weil die beiden nahe beieinander liegenden Drähte (stromführender und neutraler Leiter) im selben Kabel das Feld aufheben.
  Das von einem Strom erzeugte Magnetfeld wird in einer Reihe von Bereichen sinnvoll genutzt. Wenn man einen Draht zu einer Spule wickelt, kann man die Wirkung verstärken und einen Elektromagneten herstellen. Relais und eine Vielzahl anderer Geräte nutzen diesen Effekt. Auch Lautsprecher nutzen einen variierenden Strom in einer Spule, um eine Membran in Schwingungen zu versetzen, die es ermöglichen, die elektronischen Ströme in Töne umzuwandeln.

Wie man Strom misst

Ein wichtiger Aspekt des Stroms ist die Kenntnis der Strommenge, die in einem Leiter fließen kann. Da elektrischer Strom ein Schlüsselfaktor in elektrischen und elektronischen Schaltungen ist, ist es sehr wichtig zu wissen, wie viel Strom fließt.

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Strom zu messen. Eine der einfachsten ist die Verwendung eines Multimeters.

Obwohl es auch andere Methoden zur Strommessung gibt, ist dies die gebräuchlichste.

Strom ist eines der wichtigsten und grundlegenden Elemente in der elektrischen und elektronischen Technologie. Der Strom, der in einem Schaltkreis fließt, kann auf vielfältige Weise genutzt werden, von der Erzeugung von Wärme über das Schalten von Schaltkreisen bis hin zur Speicherung von Informationen in einem integrierten Schaltkreis.

Weitere Grundlagen der Elektronik:
Spannung, Strom, Leistung, Widerstand, Kapazität, Induktivität, Transformator, Dezibel, dB, Kirchoff’s Laws, Q, Qualitätsfaktor, HF-Rauschen
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