Die beiden wichtigen physikalischen Größen in einem elektrischen Stromkreis sind die Spannung und die Stromstärke (aus dieser Größe kann auch der Widerstand einer elektrischen Schaltung berechnet werden.
Die elektrische Spannung ist die “Kraft”, die die Elektronen in einem geschlossenen Stromkreis transportiert. Es handelt sich hierbei um ein “elektrisches Feld”, also eine Potentialdifferenz, die sich zwischen dem Pluspol und dem Minuspol einer Spannungs bzw. Stromquelle aufbaut. Am Minuspol herrscht ein Elektronenüberschuß, während am Pluspol ein Elektronenmangel herrscht. Zwischen diesen beiden Polen baut sich nun die elektrische Spannung auf
Die Stromstärke in einem Stromkreis ist gewissermaßen die Zahl der Elektronen, die durch den geschlossenen Stromkreis transportiert wird. Daher die Stromstärke an, wie viele Elektronen einer bestimmten Stelle in einer bestimmten Zeit durch diese Stelle durchfließen. In den Naturwissenschaften wird diese physikalische Größe mit der Einheit Ampere bezeichnet. Gemäß der internationalen Definition von 1 Ampere, bedeutet ein Ampere, dass pro Sekunde ca. 6,2 Trillionen Elektronen pro Sekunde die gemessene Stelle im Stromkreis passieren.
Messen der Spannung in einem Stromkreis
Damit wir die Spannung in einem Stromkreis messen, benötigen wir hierzu ein Messgerät. Dieses Spannungsmessgerät wird auch als Voltmeter bezeichnet. Wichtig ist der richtige Einbau des Messgerätes in den Stromkreis. Ein Voltmeter wird immer parallel zur Spannungsquelle in den Stromkreis geschaltet und niemals in Reihe.
Dazu wird der Minuspol des Voltmeters mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden und der Pluspol mit dem Pluspol der Spannungsquelle. Will man nun (wie in der Abbildung gezeigt) die Spannung an einem Verbraucher messen, wird das Voltmeter parallel geschaltet, d.h. man verbindet die beiden Anschlüsse des Messgerätes mit den beiden Anschlüssen das Verbrauchers (beispielsweise mit den beiden Anschlüssen einer Lampe).
Moderne Spannungsmessgeräte können Wechselspannung oder Gleichspannung messen, dies muss am Messgerät eingestellt werden. Ebenso muss am Spannungsmessgerät auch eingestellt werden, welchen Spannungsbereich man messen will. Kennt man den Spannungsbereich vor beginn des Versuches nicht, so wählt man einen relativ großen Spannungsbereich am Messgerät (z.B. 0 bis 30 Volt). Anschließend kann man das Messgerät auf kleinere bzw. genauere Messbereiche (z.B. 0 bis 3 Volt) einstellen.
Messen der Stromstärke in einem Stromkreis
Ebenso wie die Spannung können wir die Stromstärke in einem Stromkreis mit einem Messgerät messen, einem sogenannten Amperemeter. Wie auch beim Messen mit einem Voltmeter ist es auch bei einem Amperemeter wichtig, dass es richtig in den Stromkreis geschaltet wird. Ein Amperemeter muss in einem Stromkreis immer in Reihe geschaltet sein, d.h. es muss mit anderen Bauteilen in Reihe geschaltet sein.
Liegt bei einem Stromkreis Gleichstrom an, muss der Pluspol des Messgerätes mit dem Pluspol der Spannungs- bzw. Stromquelle und der Minuspol des Messgerätes mit dem Minuspol der Quelle verbunden sein. In einem einfachen geschlossenen Stromkreis spielt es keine Rolle, ob das Messgeräte vor oder hinter dem Verbraucher in den Stromkreis geschaltet wird., da bei einem einfachen, unverzweigten Stromkreis die Stromstärke an allen Stellen gleich ist.
Moderne Spannungsmessgeräte können Wechselstrom oder Gleichstrommessen, dies muss am Messgerät eingestellt werden. Ebenso muss am Stromstärkemessgerät auch eingestellt werden, welchen Amperebereich man messen will. Kennt man den Bereich vor bBeginn des Versuches nicht, so wählt man einen relativ großen Amperebereich am Messgerät (z.B. 0 bis 3 Ampere). Anschließend kann man das Messgerät auf kleinere bzw. genauere Messbereiche (z.B. 0 bis 0,3 Ampere) einstellen.
Ebenso können heute moderne Messgeräte sowohl die Spannung- als auch die Stromstärke in einem geschlossenen Stromkreis messen. Solche Messgeräte werden auch als Vielfachmessgeräte
Die Spannung, gemessen in Volt, ist der elektrische Druck, der Elektronen durch einen Leiter treibt. Sie wird mithilfe eines Voltmeters gemessen, das parallel zur Komponente angeschlossen wird, deren Spannung man messen möchte.
Die Stromstärke, gemessen in Ampere, ist die Menge der Elektronen, die pro Sekunde durch einen Punkt im Stromkreis fließen. Sie wird mit einem Amperemeter gemessen, das in Reihe zu der Komponente angeschlossen wird, deren Stromstärke man messen möchte.
Bei einer seriellen Schaltung ist die Gesamtspannung die Summe der Spannungen der Einzelkomponenten, während die Stromstärke überall gleich ist. Bei einer parallelen Schaltung ist die Gesamtstromstärke die Summe der Stromstärken der Einzelkomponenten, während die Spannung überall gleich ist.
Ein Amperemeter hat einen sehr geringen Widerstand. Wird es parallel geschaltet, könnte ein hoher Stromfluss durch das Amperemeter stattfinden, was es zerstören und einen Stromschlag verursachen könnte.
Die Einheit für Spannung ist Volt (V) und für Stromstärke ist es Ampere (A).
Nach dem Ohmschen Gesetz ist die Spannung proportional zur Stromstärke und zum Widerstand – erhöht man den Widerstand, so führt dies zu einer niedrigeren Stromstärke bei gleicher Spannung.
Wenn die Stromstärke erhöht wird, dann steigt entweder die gelieferte Spannung oder der Widerstand im Stromkreis verringert sich.
Ohm ist die Einheit des elektrischen Widerstands im internationalen (SI) Einheitensystem.
Eine höhere Anzeige auf dem Voltmeter weist auf eine höhere elektrische Spannung hin.
Wenn die Impedanz konstant bleibt, dann sind Spannung und Strom direkt proportional zueinander. Wenn die Spannung erhöht wird, erhöht sich dementsprechend auch die Stromstärke und umgekehrt.