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Elektrische Stromstärke: Formel und Messung
Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel elektrische Ladung in einer bestimmten Zeit durch einen Leiterquerschnitt fließt. Ihr Formelzeichen ist $I$, ihre Einheit Ampere ($\mathrm A$).
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was misst die Stromstärke?
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. In einem metallischen Leiter sind diese Ladungsträger Elektronen.
Stell dir eine gedachte Fläche quer durch den Leiter vor. Die Stromstärke beschreibt, wie viel Ladung diese Fläche pro Zeit passiert.
Elektrische Stromstärke
Die elektrische Stromstärke $I$ ist die durch einen Leiterquerschnitt transportierte Ladung $\Delta Q$ geteilt durch die dafür benötigte Zeit $\Delta t$.
$$I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}$$
Das Zeichen $\Delta$ kennzeichnet hier die betrachtete Ladungsmenge beziehungsweise Zeitspanne. Fließt in derselben Zeit mehr Ladung durch den Querschnitt, ist die Stromstärke größer.
$1\,\mathrm A = 1\,\mathrm{C}/\mathrm s$: Ein Ampere bedeutet, dass pro Sekunde eine Ladung von einem Coulomb den Querschnitt passiert.
Ein Strom von $1\,\mathrm A$ entspricht pro Sekunde ungefähr $6{,}242\cdot10^{18}$ Elementarladungen. Das zeigt, wie viele einzelne Ladungsträger selbst bei einer alltäglichen Stromstärke beteiligt sind.
Wie berechnest du die Stromstärke?
Für einen zeitlich konstanten Ladungsfluss verwendest du:
$$I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}$$
Setze die Ladung in Coulomb und die Zeit in Sekunden ein. Dann erhältst du die Stromstärke in Ampere. Minuten musst du daher zuerst in Sekunden umrechnen.
Durch einen Leiterquerschnitt fließt eine Ladung von $300\,\mathrm C$ in einer Minute. Gesucht ist die Stromstärke.
1. Zeit umrechnen:
$$1\,\mathrm{min} = 60\,\mathrm s$$
2. Werte einsetzen:
$$I = \frac{300\,\mathrm C}{60\,\mathrm s}$$
3. Berechnen und Einheit deuten:
$$I = 5\,\mathrm A$$
Pro Sekunde passieren also $5\,\mathrm C$ Ladung den Leiterquerschnitt.
Häufig begegnen dir kleinere oder größere Einheiten:
| Einheit | Wert in Ampere |
|---|---|
| $1\,\mu\mathrm A$ | $10^{-6}\,\mathrm A$ |
| $1\,\mathrm{mA}$ | $10^{-3}\,\mathrm A$ |
| $1\,\mathrm{kA$ | $10^3\,\mathrm A$ |
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Bei $Q=300\,\mathrm C$ und $t=1\,\mathrm{min}$ wandelst du die Zeit zuerst in um. Anschließend ergibt $I=Q/t$ die Stromstärke . Ein Ampere bedeutet .
Welche Richtung hat der Strom?
Die technische oder konventionelle Stromrichtung ist als Bewegungsrichtung positiver Ladung festgelegt. Sie zeigt im äußeren Stromkreis vom Pluspol zum Minuspol.
In metallischen Leitern bewegen sich jedoch negative Elektronen. Ihre tatsächliche Bewegungsrichtung verläuft deshalb entgegengesetzt: vom Minuspol zum Pluspol.
Technische Stromrichtung: Plus $\rightarrow$ Minus. Elektronenbewegung im Metall: Minus $\rightarrow$ Plus.
Die beiden Richtungsangaben widersprechen sich nicht. Sie beschreiben dieselbe Situation aus unterschiedlichen Blickwinkeln: einmal mithilfe der festgelegten Richtung positiver Ladung, einmal anhand der Bewegung negativer Elektronen.
Wie misst du die Stromstärke?
Damit ein Messgerät die Stromstärke erfasst, muss der zu messende Strom durch das Gerät fließen. Deshalb wird ein Amperemeter in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet.
Schalte die Spannungsquelle aus, bevor du den Stromkreis umbaust. Schließe ein Amperemeter nie parallel zum Verbraucher oder direkt an die Spannungsquelle an: Durch das Messgerät kann dann ein sehr großer Strom fließen und Geräte können beschädigt werden.
Die Messkette lautet:
- Spannungsquelle ausschalten.
- Stromkreis an der Messstelle auftrennen.
- Amperemeter in die entstandene Unterbrechung einsetzen.
- Spannungsquelle einschalten und die Stromstärke in Ampere oder einer passenden Untereinheit ablesen.
Durch Verbraucher und Amperemeter fließt in dieser Reihenschaltung dieselbe Stromstärke.
Die Helligkeit einer Lampe kann nur einen qualitativen Hinweis geben: Eine stärker leuchtende Lampe kann auf einen größeren Strom hindeuten. Sie ersetzt aber keine quantitative Messung mit einem geeigneten Messgerät.
Vertiefung: Was gilt bei veränderlichem Strom?
Ändert sich die Stromstärke während des betrachteten Zeitraums, liefert
$$\frac{\Delta Q}{\Delta t}$$
nur die mittlere Stromstärke in diesem Zeitintervall. Sie beschreibt also den durchschnittlichen Ladungsdurchfluss.
Der Augenblickswert wird für ein immer kleineres Zeitintervall bestimmt. Mathematisch schreibt man:
$$I(t) = \frac{\mathrm dQ}{\mathrm dt}$$
Diese Schreibweise bedeutet: Die Stromstärke zum Zeitpunkt $t$ ist die momentane Änderungsrate der transportierten Ladung.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Elektrische Stromstärke
- Bedeutung
- Ladung pro Zeit
- Formelzeichen I
- Berechnung
- I = ΔQ/Δt
- Ampere = Coulomb pro Sekunde
- Richtung
- technisch: Plus nach Minus
- Elektronen: Minus nach Plus
- Messung
- Quelle vor dem Umbau ausschalten
- Amperemeter in Reihe
- gleicher Strom durch Gerät und Verbraucher
- Veränderlicher Strom
- Quotient als Mittelwert
- Ableitung als Augenblickswert
- Bedeutung
Abschluss-Check
Wenn du Stromstärke untersuchst, stelle dir immer zwei Fragen: Wie viel Ladung passiert den Querschnitt, und wie viel Zeit vergeht dabei? Für die Messung kommt eine dritte hinzu: Fließt der zu messende Strom wirklich durch das Amperemeter?