Der Stromkreis

Redaktion


0
(0)

Ein Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle, einem Schalter, mindestens einem elektrischen Verbraucher und einer elektrischen Leitung, welche vom Pluspol zum Minuspol der Spannungsquelle führt. Schalter und elektrischer Verbraucher haben jeweils einen Stromeingang und einen Stromausgang. Die elektrische Leitung geht vom Pluspol der Spannungsquelle zum Stromeingang des Schalters, durch den Schalter zu dessen Stromausgang, weiter zum Stromeingang des Verbrauchers, durch den Verbraucher zu dessen Stromausgang und weiter zum Minuspol der Spannungsquelle.

Geschlossener Stromkreis als Voraussetzung für Stromfluss

Elektrischer Strom kann nur in einem geschlossenen Stromkreis fließen. Dies bedeutet, dass zunächst die elektrische Leitung sowohl mit dem Plus- als auch mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden sein muss. Des Weiteren muss der in den Stromkreis integrierte Schalter die Schaltstellung geschlossen einnehmen.

Elektrischer Stromfluss als Bewegung von freien Elektronen im Stromkreis

Der elektrische Strom fließt nur dann, wenn freie Elektronen in einem elektrischen Leiter bewegt werden. Diese freien Elektronen sind durch Ladungstrennung entstanden und stellen ein Spannungsgefälle im Stromkreis dar. Der Stromfluss ist dann das natürliche Bestreben, diese Ladungstrennung wieder auszugleichen.

Spannungsquelle als notwendiges Energiegefälle

Eine Spannungsquelle kann ein aufgeladener Akkumulator (Akku) oder auch ein laufender Generator sein. In jedem Fall stellt eine Spannungsquelle einen Zustand der Ladungstrennung dar, welche durch Aufsummierung zu einem entstehenden Energiegefälle beiträgt. Um diese Ladungstrennung und das damit verbundene Energiegefälle zu bewirken, ist zunächst die Zufuhr von Energie notwendig. Erst danach kann die Spannungsquelle ihre Funktion als Energielieferant erfüllen.

Schalter als gewollte Möglichkeit der Stromflussunterbrechung

Ein elektrischer Schalter hat zwei Schaltstellungen. Entweder er ist geöffnet oder geschlossen. Wenn der Schalter geöffnet ist, ist auch der Stromdurchgang in der elektrischen Leitung unterbrochen. Es kann dann kein Stromfluss stattfinden. Der angeschlossene elektrische Verbraucher zeigt keine Reaktion. Wird der Schalter geschlossen, schließt sich damit auch der Stromkreis. Der Strom kann dann wieder fließen. Der angeschlossene Verbraucher zeigt eine Wirkung.

Verbraucher als Umwandler der elektrischen Energie

Ein elektrischer Verbraucher wandelt bei geschlossenem Stromkreis die zugeführte elektrische Energie in eine andere Energieform um. Ist der Verbraucher beispielsweise eine Glühlampe, wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Die Glühlampe leuchtet. Ist der elektrische Verbraucher ein kleiner Elektromotor, wird die zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Der Rotor des Elektromotors beginnt zu rotieren. Ist der Verbraucher ein Elektromagnet, so wird in ihm die elektrische Energie in magnetische Energie umgewandelt. Der Elektromagnet zieht bei geschlossenem Stromkreis magnetisierbare Metallteile, die in seine Nähe kommen, an.

Elektrische Leitung als verbindendes Element für den Strom

Zu einem geschlossenen Stromkreis gehört als verbindendes Element zwischen den einzelnen elektrischen Bauteilen eine elektrische Leitung. Die Leitung verbindet die Spannungsquelle mit Schalter und Verbraucher. Die elektrische Leitung ist für den Stromkreis unverzichtbar. In ihr findet der eigentliche Transport der elektrischen Energie in Form von Bewegung von freien Elektronen statt.

Wichtige elektrische Kenngrößen und Einheiten in Stromkreisen

Zu den wichtigsten elektrischen Kenngrößen zählen die Spannung, die Stromstärke, der elektrische Widerstand und die elektrische Leistung.

  • Die elektrische Spannung wird gemessen in Volt (V). Das Formelzeichen ist V.
  • Die elektrische Stromstärke wird gemessen in Ampere (A). Das Formelzeichen ist A.
  • Der elektrische Widerstand wird gemessen in Ohm (Ώ). Das Formelzeichen ist R.
  • Die elektrische Leistung wird gemessen in Watt (W). Das Formelzeichen ist P.

Das Ohmsche Gesetz

Elektrische Spannung, elektrische Stromstärke und elektrischer Widerstand stehen nach dem ohmschen Gesetz in folgender Beziehung: Spannung = Stromstärke * Widerstand U = I * R

Die elektrische Spannung

Die elektrische Spannung ist ein Maß für die Größe des Energiegefälles in der Spannungsquelle. Die Spannung sagt etwas über den Potenzialunterschied zwischen Plus- und Minuspol aus.

Die elektrische Stromstärke

Die elektrische Stromstärke ist ein Maß für die Menge an bewegten elektrischen Ladungen, die in einer bestimmten Zeit (1 sec, 1 Std.) durch die elektrische Leitung fließen. Je mehr freie Elektronen als Ladungsträger in einer bestimmten Zeiteinheit durch den elektrischen Leiter fließen, desto höher ist die Stromstärke.

Der elektrische Widerstand

Jedes elektrisch leitende Material hat auch einen elektrischen Widerstand. Dieser Widerstand wirkt dem Stromfluss entgegen. Der elektrische Widerstand ist abhängig vom Material des Leiters und dessen Temperatur. Bei metallischen Leitern erhöht sich mit steigender Temperatur auch der elektrische Widerstand. Bei Halbleitermaterialien (Selen, Germanium, Silizium) und auch bei Kohle verringert sich mit steigender Temperatur der elektrische Widerstand. Auch Heißleiter, NTC-Widerstände oder NTC-Thermistoren (Englisch: Negative Temperature Coeffizient) verringern bei steigender Temperatur den elektrischen Widerstand.

Die elektrische Leistung

Die elektrische Leistung setzt sich zusammen aus: Elektrische Leistung = Spannung * Stromstärke P = U * I

Fazit

Eine sehr bekannte Spannungsquelle ist unser öffentliches Stromnetz mit 220 V Wechselstrom und einer Frequenz von 50 Hz. Ein elektrischer Stromkreis wird beispielsweise dann geschlossen, wenn man im Haushalt den Stecker eines Bügeleisens in eine Steckdose steckt. Der Strom fließt dann aus der Zuleitung der Steckdose durch das Bügeleisen und über die Rückleitung zurück zur Steckdose in das öffentliche Stromnetz. Das Bügeleisen wäre in dem Fall der elektrische Verbraucher. Als Schalter würde die sich im Bügeleisen befindliche Bimetallfeder fungieren, die das Bügeleisen dann wieder abschaltet, wenn es heiß genug ist. Wenn dann die einsetzende Abkühlung weit genug fortgeschritten ist, schließt die Bimetallfeder wieder den Stromkreis, der Strom fließt dann erneut und das Bügeleisen wird wieder aufgeheizt. Im übertragenen Sinn ist der Vorgang des elektrischen Stromflusses auch vergleichbar mit einem Wasserkraftwerk.

Ein hoch gelegener Stausee leitet über eine verstellbare Schleuse das Wasser über eine oder mehrere Rohrleitungen an tiefer gelegene Turbineneinheiten, welche einen oder auch mehrere Generatoren antreiben. Was beim elektrischen Strom die Spannung als Potenzialunterschied ist, ist hier der Höhenunterschied zwischen Wasseroberfläche des Stausees und den tiefer liegenden Turbineneinheiten. Als Verbraucher sind in diesem Fall die Turbinen anzusehen, welche die potentielle Energie durch die Höhendifferenz in rotierende Antriebsenergie umwandeln. Als Schalter würde die Schleuse fungieren, die den Wasserzufluss verringern oder auch ganz abschalten kann. Was in der Elektrizität der Strom ist, ist beim Wasserkraftwerk der gesamte Volumenstrom an Wasser, der in einer bestimmten Zeiteinheit durch die Zuleitungen zu den Turbinen strömt. Was in der Elektrizität den Widerstand darstellt, ist beim Wasserkraftwerk der Strömungsverlust, der durch die Reibung des Wasser an den Rohrwänden ensteht.

Wie hilfreich war dieser Beitrag?

Klicke auf die Sterne um zu bewerten!

Durchschnittliche Bewertung 0 / 5. Anzahl Bewertungen: 0

Bisher keine Bewertungen! Sei der Erste, der diesen Beitrag bewertet.

{"email":"Email address invalid","url":"Website address invalid","required":"Required field missing"}