Elektrischer Strom - Grundlagen - Physikaufgaben

Schaltzeichen, Stromkreis(modell), Stromstärke, Spannung, Einheiten - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

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  • Schaltplan
    Ein Schaltplan ist eine stark vereinfachte Darstellung einer elektrischen Schaltung. Ein Schaltplan besteht aus Schaltzeichen, die man mit geraden Strichen, oder Strichen im rechten Winkel verbindet.

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  • graphik
    Ist ein Strommessgerät.
    Ist ein Spannungsmessgerät.
    Damit kann Gleichstrom fließen.
    Damit kann Wechselstrom fließen.
    Schützt uns vor gefährlichen Strömen.
    Gibt Wärme und Licht ab.
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Schaltplan
Ein Schaltplan ist eine stark vereinfachte Darstellung einer elektrischen Schaltung. Ein Schaltplan besteht aus Schaltzeichen, die man mit geraden Strichen, oder Strichen im rechten Winkel verbindet.
Beispiel
Zeichne die wichtigsten Schaltzeichen mit ihren Bezeichnungen auf.

Die elektrische Stromstärke

  • Die elektrische Stromstärke (abgekürzt mit I) wird in der Einheit Ampere (A) gemessen. Es gilt: 1,000 kA = 1000 A; 1,000 A = 1000 mA; 1,000 mA = 1000 μA
  • In einem unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke an jeder Stelle gleich groß.
  • An einem Verzweigungspunkt teilt sich der elektrische Strom auf: Die Summe der Teilstromstärken ergibt den Gesamtstrom (im unverzweigten Teil).

Die elektrische Spannung

  • Die elektrische Spannung (abgekürzt mit U) wird in der Einheit Volt (V) gemessen. Es gilt: 1,000 MV = 1000 kV; 1,000 kV = 1000 V; 1,000 V = 1000 mV
  • Die Spannung misst eine Potenzialdifferenz. Alle miteinander verbundenen Leiter sind auf dem selben Potenzial. Daher fällt an zwei parallel geschalteten "Verbrauchern" die selbe Spannung an.
  • Sind zwei "Verbraucher" in Reihe geschaltet, so fällt an jedem eine Teilspannung ab, die in der Summe die Gesamtspannung der Spannungsquelle ergeben.
Elektrischer Leiter Besitzt freie Ladungsträger (Elektronen, Ionen), die sich in eine Richtung bewegen können. Diese Verschiebung der Ladungsträger im Leiter nennt man Stromfluss. Beispiele: Metalle, Kohle, Salzwasser.
Nichtleiter (Isolator) Leitet den Strom sehr schlecht oder nicht. Zum Beispiel Glas, Gummi, Keramik oder salzfreies Wasser.
Stromkreis: Damit elektrischer Strom fließen kann, braucht man eine elektrische Quelle und einen elektrischen Energiewandler ("Verbraucher"), die miteinander leitend verbunden sind, sodass sich ein geschlossener "Kreis" ergibt.
Elektrische Quelle: Ist z.B. eine Spannungsquelle wie eine Batterie oder Steckdose. Sie ist die Ursache des Stromflusses. Eine Spannungsquelle hat getrennte Ladungsträger und dadurch einen Minus- und Pluspol.
Elektrischer Energiewandler: Ist z.B. eine Glühlampe oder ein anderes elektrisches Gerät. Wird auch "Verbraucher" genannt, obwohl er keine Energie verbraucht, sondern nur elektrische Energie in andere Energieformen umwandelt, z.B. in Licht und Wärme.

Der unverzweigte Stromkreis

Ein einfacher, unverzweigter Stromkreis besteht aus einer elektrischen Quelle, einem elektrischen Gerät und evtl. einem Schalter. Elektrischer Strom kann nur dann fließen, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Elektrischer Strom ist fließende Ladung. Die Ladungsträger sind Elektronen. Zum Messen von Stromstärke und Spannung müssen gegebenenfalls Messgeräte eingebaut werden.
  • Die Stromstärke (abgekürzt mit I) gibt an, wie viel Ladung bzw. wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt fließen. Um die Stromstärke zu messen, muss man den Stromkreis unterbrechen und ein Messgerät so einbauen, dass die Ladungen durch das Gerät fließen.
  • Ein Strom-Messgerät bezeichnet man als Amperemeter. Elektrischer Strom wird in der Einheit Ampere (abgekürzt mit A) gemessen.
  • Die Spannung (abgekürzt mit U) ist ein Maß dafür, wie viel Energie/Potenzial die Elektronen haben. Die Elektronen verlassen die Spannungsquelle mit hohem Potenzial. Am elektrischen Gerät geben sie Energie ab und fließen dann mit geringerem Potenzial weiter. Diese "Potenzialdifferenz" wird als Spannung gemessen.
  • Ein Spannungs-Messgerät wird parallel zum Verbraucher geschaltet, um die Potenzialdifferenz vor und hinter dem Verbraucher messen zu können. Ein Spannungs-Messgerät bezeichnet man als Voltmeter. Elektrische Spannung wird in der Einheit Volt (abgekürzt mit V) gemessen.
Beispiel
Zeichne einen einfachen Stromkreis mit Strom- und Spannungs-Messgerät.
Stromkreismodell: Wasserstromkreis
Wasserstromkreis Elektrischer Stromkreis
Wasserrohre leitende Kabel
Pumpe: "Antrieb" des Wassers Spannungsquelle: "Antrieb" der Ladungsträger
Wasserhahn Schalter
Wasserrad Lampe
Wassteilchen Ladungsträger (hier: Elektronen)
Wasserstromstärke:
Wassermenge pro Zeiteinheit		 Elektrische Stromstärke:
Ladungsmenge pro Zeiteinheit
Druckunterschied Spannung
Gefahren von elektrischem Strom
  • Elektrischer Schlag
    Körper von Menschen und Tieren leiten den Strom, sie können Teil eines Stromkreises werden:

    Umso höher die Spannung bzw. der Strom, desto gefährlicher ist ein Stromschlag für den Menschen. Auch der Weg des Stroms und die Zeitdauer spielen eine Rolle. Schon ab etwa 6-15 mA kann man die Muskeln nicht mehr steuern. Ab etwa 50 V Wechselstrom kann ein Stromschlag tödlich enden!!
  • Beschädigungen und Brände
    Strom kann defekte oder falsch genutzte Leitungen und Geräte so stark erhitzen, dass diese Schaden nehmen oder sogar Brände verursachen. Föhn, Herdplatten, Bügeleisen und alle Geräte, die Wärme abgeben, können bei falscher Benutzung selbst zur Brandquelle werden.