Grundlagen: Spannung, Stromstärke und Widerstand

Wie bereits Eingangs dieses Kapitels erwähnt, beschäftigt sich die Elektronik und Elektrotechnik mit den Grundlagen und Vorgängen, darunter z.B. Strom, Spannung und Widerstand, Ohmsche Gesetz (Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung) und elektrischer Energie. Damit dieser ganze komplexe Vorgang leichter erfasst werden kann, sollte man sich zuerst mit den Grundlagen vertraut machen, die wichtigste Grundlagen sind: Spannung U, Stromstärke I und Widerstand R:

Stromstärke I

Definitionsgemäß gibt die elektrische Stromstärke (Symbol I) an, wie viele elektrische Ladungen (in der Regel von Elektronen oder Ionen getragen) in einer bestimmten Zeit bewegt werden. Die Stromstärke, die auch Strom genannt wird, wird in der Einheit Ampere (A) gemessen.
Zusammenfassung:

• Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern (z.B. Elektronenstrom) und damit ein Maß für die Bewegung der Elektronen.

• Strom ist das Maß für die Anzahl der an einer Stelle vorbei fließenden Elektronen pro Sekunde (Ladung pro Zeit).1A ~ 6,25*10¹⁸ Elektronen pro Sekunde.

Spannung U

Definitionsgemäß ist die (elektrische) Spannung eine Größe, die angibt, wie viel Arbeit oder Energie nötig ist, um ein Ladungsträger mit einer bestimmten elektrischen Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Diese Definition kann man sich auch einfacher vorstellen. Damit “Strom” fließen in einem geschlossenen System fließen kann, benötigt man eine Spannung als Voraussetzung. Dabei versteht man unter dieser elektrischen Spannung die treibende Kraft, die die Ladungsbewegung (Stromstärke) ermöglicht bzw. verursacht. Grundsätzlich gilt: Je höher die Spannung, desto mehr Strom kann fließen.
Die Spannung, die mit dem Formelzeichen “U” bezeichnet wird,  wird in V (Volt) angegeben.
Zusammenfassung:

• Spannung ist Arbeit pro Ladung und entsteht durch die Trennung von Ladung, dabei gilt:je weiter man die Ladung auseinander zieht, desto höher ist die Spannung

• Durch diese Ladungstrennung erhält man einen Plus- und einen Minuspol, der Minuspol hat dabei einen Überschuss an negativer Ladung (Elektronenüberschuss), der Pluspol hingegen hat einen Überschuss an positiver Ladung (Elektronenmangel)

Widerstand

Der Widerstand sorgt dafür, dass die Spannung abfällt. Man kann sich den Widerstand so vorstellen, dass die Ladungsträger beim Durchgang eines Leiters (z.B. eines Metalls) mit dessen Atomen zusammenstoßen. Der Widerstand ist also ein Maß dafür, wir stark Elektronen gebremst werden. Der Widerstand hat aber nicht nur Auswirkung auf die Spannung U, sondern auch auf die Stromstärke I. Denn wie bereits erwähnt, gilt: je geringer die Spannung, desto weniger Strom kann fließen, dabei ist zu erwähnen, dass jeder “Stoff” bzw. jedes “Material” einen Widerstand hat.
Der Widerstand, der mit dem Formelzeichen “R” bezeichnet wird, wird in Ohm angegeben.

Zusammenhang zwischen diesen Messgrößen

Für Ohmsche Widerstände kann man mithilfe der nachfolgenden Formel (Ohmsches Gesetz) den Zusammenhang zwischen den drei Messgrößen Spannung U, Widerstand R und Stromstärke I herstellen.

Grundlagen: Spannung, Stromstärke und Widerstand – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Einheit von elektrischer Spannung?

Die Einheit der elektrischen Spannung ist das Volt (V).

2. Definieren Sie “Stromstärke”.

Stromstärke ist die Menge an elektrischem Strom, die in einer Sekunde durch einen Leiter fließt. Sie wird in Ampere (A) gemessen.

3. Was ist elektrischer Widerstand?

Elektrischer Widerstand ist die Eigenschaft eines Material, den Stromfluss zu hemmen. Die Einheit des elektrischen Widerstands ist das Ohm (Ω).

4. Was beschreibt das Ohmsche Gesetz?

Das Ohmsche Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand. Es besagt, dass die Stromstärke proportional zur angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand ist.

5. Was ist ein Leiter und was ist ein Isolator im Zusammenhang mit elektrischem Strom?

Ein Leiter ist ein Material, das elektrischen Strom gut leitet. Ein Isolator ist ein Material, das elektrischen Strom nicht gut leitet.

6. Wie verändert sich die Stromstärke, wenn die Spannung erhöht wird, während der Widerstand konstant bleibt?

Wenn die Spannung erhöht wird und der Widerstand konstant bleibt, wird die Stromstärke ebenfalls erhöht.

7. Wie ändert sich die Stromstärke, wenn der Widerstand erhöht wird, während die Spannung konstant bleibt?

Wenn der Widerstand erhöht wird und die Spannung konstant bleibt, wird die Stromstärke verringert.

8. Nennen Sie ein praktisches Beispiel, in dem Sie den Widerstand in einem elektrischen Kreislauf erhöhen können.

In einem elektrischen Kreislauf kann der Widerstand erhöht werden, indem zum Beispiel ein Zusatzwiderstand (wie ein Potentiometer) eingefügt wird oder die Länge des Leiters vergrößert wird.

9. Was ist elektrische Leistung und wie wird sie berechnet?

Die elektrische Leistung ist die Arbeit, die eine elektrische Ladung pro Zeiteinheit verrichtet. Sie wird berechnet, indem die Spannung mit der Stromstärke multipliziert wird (P = U * I).

10. Wie verhält sich die Stromstärke in einem Parallelschaltkreis?

In einem Parallelschaltkreis teilt sich die Stromstärke auf die verschiedenen Zweige auf.