Die Stromstärke ist eine Basisgröße des Internationalen Einheitensystems (SI). Geräte zur Messung der Stromstärke heißen Amperemeter. 87.1 zeigt den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Ladung: Die Stromstärke beträgt 1 A, wenn durch den Leiter pro Sekunde eine Ladung von 1 C fließt. Wegen der Beziehung Q = I·t gilt: 1 C = 1 A·1 s = 1 A·s. Die Richtung des Stromes: Verbindet man die Pole einer Spannungsquelle mit einem metallischen Leiter, dann fließen die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. In Flüssigkeiten erfolgt die Stromleitung durch positive und negative Ionen, sodass Ladungen in beide Richtungen wandern können. Die Elektrotechnik war bereits weit entwickelt, als am Ende des 19. Jh. die Elektronen als Ladungsträger entdeckt worden sind. Lange Zeit hatte man für metallische Leiter irrtümlich einen Stromfluss vom positiven zum negativen Pol einer Batterie angenommen. Daher wurde die technische Stromrichtung „falsch“, der Bewegung der Elektronen entgegengerichtet, definiert: Die technische Richtung des elektrischen Stromes geht vom Plus- zum Minuspol. Experiment: Stromstärke und Spannung im Stromkreis 87.1 Du brauchst: Material aus den Versuchskästen für einen einfachen Stromkreis aus Spannungsquelle, Schalter und zwei Lämpchen, Amperemeter, Voltmeter Baue die Schaltung laut 87.2 auf. E3 a) Vergleiche die Stromstärke vor, zwischen und nach den Lämpchen. E2 b) Miss die Spannung U an der Spannungsquelle und die Spannungen U 1 (bzw. U 2) zwischen den Punkten a und b (bzw. b und c). E3 c) Interpretiere die Ergebnisse. Hinweis: Um die Stromstärke zu messen, muss das Messgerät als Amperemeter vom selben Strom durchflossen werden wie die Lämpchen (Serienschaltung). Um die Spannung zwischen a und b zu messen, muss das Messgerät als Voltmeter an den beiden Punkten a und b parallel zum Verbraucher angeschlossen werden (Parallelschaltung). Vor dem Einschalten der Spannungsquelle sollte deine Lehrkraft die Schaltung kontrollieren. Was sagt die Strommessung? Im Alltag spricht man vom „Stromverbrauch“ – zu Recht? Egal, ob das Amperemeter vor, zwischen oder nach den Lämpchen in den Stromkreis eingefügt wird, man findet überall dieselbe Stromstärke. Strom wird nicht verbraucht! Was sagt die Spannungsmessung? Die Spannung U gibt an, wie viel Energie pro Ladung die Spannungsquelle liefern kann. Die Spannungen U 1, U 2 geben an, wie viel Energie pro Ladung beim Stromfluss durch L1, L 2 in Licht und Wärme umgewandelt wird. Es gilt: U 1 + U 2 = U. Unter „Stromverbrauch“ versteht man daher die Umwandlung von elektrischer Energie in andere Energieformen. Stromwirkung Wärme und Licht Glühlampen spenden Licht, im Bügeleisen entsteht Wärme. Wie geht das? Im Stromkreis treibt die elektrische Spannung Elektronen durch den Draht. Die Elektronen stoßen gegen Metall-Ionen und übertragen dabei Bewegungsenergie. Eine stärkere Teilchenbewegung bedeutet höhere Temperatur (siehe Physik 5 – Thermodynamik): Elektrische Energie wird in innere Energie des Drahtes umgewandelt. Der Glühfaden der Lampe wird über 2 000 °C heiß und beginnt, hell zu glühen. Stromwirkung Magnetismus Der dänische Physiker cHrisTian OersTedT (1777–1851) entdeckte 1820, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines stromführenden Drahtes abgelenkt wird. Offensichtlich verursachen elektrische Ströme magnetische Kräfte, die auf Magnetnadeln Drehmomente ausüben (87.3). Ein lange gesuchter Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität wurde dadurch gefunden. 87.1 Bei einer Stromstärke von 1 A fließen durch den Leiterquerschnitt pro Sekunde 6,24·10 18 Elektronen mit der Gesamtladung −1 C. Elektron e– 87.2 Messung von Stromstärke und Spannung in einem Stromkreis mit 2 Lämpchen. A V V L1 L2 U1 U2 U + – a b c 87.3 Magnetnadeln richten sich in der Umgebung eines Stromleiters kreisförmig aus. N S I + – Dauermagnet oder Permanentmagnet – zwei Bezeichnungen für die gleiche Eigenschaft! Solche Magnete behalten ihre Magnetisierung unterhalb einer materialabhängigen Temperatur. 87 E-Lehre 2 Der Stromkreis Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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