Strom

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Wenn sich elektrische Ladungen bewegen, bezeichnet man den daraus resultierenden Ladungsfluss als elektrischen Strom. Für den Stromfluss gibt es zwei mögliche Ursachen:

• Eine elektrische Spannung zwischen zwei Punkten, die leitend miteinander verbunden sind, führt dazu, dass zwischen diesen Punkten ein Strom fließt.

• Wenn sich innerhalb einer geschlossenen Leiterschleife das Magnetfeld ändert, führt dies ebenfalls zu einem Stromfluss in der Leiterschleife. Dabei spricht man von Induktion.

Die Größe eines elektrischen Stroms wird in Ampere [A] gemessen. Benannt ist diese Einheit nach dem französischem Physiker und Mathematiker Andre-Marie Ampere (1775-1836), der sich unter anderem mit der magnetischen Kraftwirkung zwischen stromdurchflossenen Leitern beschäftigt hat.

Definiert ist der Strom von einem Ampere als der Strom, der durch zwei unendlich dünne, unendlich lange Leiter im Abstand von einem Meter fließt, wenn zwischen den beiden Leitern pro Meter eine Kraft von Newton wirkt.

In der Praxis ist dieser Messaufbau natürlich nicht zu realisieren. Es gibt weder unendlich dünne, noch unendlich lange Drähte und die Kraft von 0,2 N ist auch zu klein, um sie präzise zu messen. In den Eichlaboren werden daher andere Aufbauten, so genannte Stromwaagen genutzt, bei denen die Kräfte zwischen stromdurchflossenen Spulen mit genau berechneter Geometrie gemessen werden.

Gleich- und Wechselstrom

In der technischen Anwendung unterscheidet man zwischen Gleich- und Wechselstrom. Von Gleichstrom spricht man, wenn der Strom kontinuierlich mit konstanter Stärke in eine Richtung fließt. Ein Wechselstrom dagegen wechselt ständig die Stromstärke und -richtung. Darüber hinaus gibt es natürlich auch beliebige Kombinationen, d.h. ein Gleichstrom, der von einem oder mehreren Wechselströmen überlagert ist.

Während ein Gleichstrom mit einer einzigen Größe der Stromstärke beschrieben werden kann, sind für die charakterisierung eines Wechselstrom mehrere Größen erforderlich. Angegeben werden typischerweise Größen wie die Frequenz, der Spitzenwert oder der Effektivwert des Stroms.

Bei der Angabe, ob es sich um einen Gleich- oder einen Wechselstrom handelt, werden oft Abkürzungen angegeben, die aus dem Englischen abgeleitet sind:

• DC steht für Direct Current. Deutsch: Gleichstrom.
• AC steht für Alternating Current. Deutsch: Wechselstrom.

Stromflußrichtung

Verwirrung herrscht oft über die so genannte Stromrichtung, also die Frage ob der Strom nun vom positivem zum negativem Pol oder andersherum fließe. Grund ist die Tatsache, dass in den meißten Fällen negativ geladene Elektronen am Stromfluss beteiligt sind. So hört man immer wieder, dass zwischen einer "technischen Stromrichtung" und einer "physikalischen Stromrichtung" unterschieden wird. Diese Begirffe sollen wohl einen technisch abstrahierten Strom, der immer vom Puls- zum Minuspol fließt von der physikalischen Bewegung der beteiligten Ladungsträger unterscheiden. Wenn man sich die Definition des Stromflusses als Ladungsfluss ansieht, wird jedoch schnell klar, dass solche Begriffe aber im Grunde genommen überflüssig sind.

Die Elektronen bewegen sich tatsächlich vom negativen zum positiven Pol. Dabei handelt es sich allerdings um einen Teilchenfluss. Der elektrische Strom ist aber nicht als Teilchenfluss, sondern als Ladungsfluss definiert. Um diesen Ladungsfluss zu erhalten, muss die Bewegung der Teilchen noch mit deren Ladung verknüpft werden.

Mathematisch multipliziert man die Ladungsdichte mit der Geschwindigkeit und erhält damit die Stromdichte. Die Geschwindigkeit ist mathematisch ein so genannter Vektor, d.h. eine Größe, die durch einen Absolutwert und eine Richtung gegeben ist. Multipliziert man solch einen Vektor mit einer negativen Zahl (hier die negative Ladung der Elektronen) führt dies zu einer Richtungsumkehr, d.h. man erhält wiederum einen Vektor, der in die genau entgegen gesetzte Richtung zeigt.

Das heißt, dass man im Falle von negativ geladenen Elektronen, die sich vom negativen zum positiven Pol bewegen, einen Ladungsfluss erhält, der genau in die entgegengesetzte Richtung, also vom positiven zum negativen Pol geht. Der Strom fließt vom positiven (+) zum negativen (-) Pol. Da positive Ladungsträger (z.B. positive Ionen in einem Elektrolyt) immer vom +-Pol zum --Pol fließen, ist auch hier der Ladungsfluss vom positiven zum negativen Pol. Man sieht, dass unabhängig von der Art der beteiligten Ladungsträger die Richtung des Ladungsflusses immer vom positiven zum negativen Pol ist. Da der elektrische Strom nicht als Teilchen- sondern als Ladungsfluss definiert ist, gibt es unabhängig von der Art der Ladungsträger nur eine Stromrichtung: Vom positiven- zum negativem Pol. Die Definition des Stromflusses als Ladungsfluss ist somit eindeutig und führt auch bei konkreten Berechnung in sich schlüssig zu korrekten Ergebnissen, die auch keiner weiteren Interpretation bedürfen.