Elektrische Größen

Einleitung

Strom, Spannung und Widerstand sind die elementaren Größen der Elektrotechnik. Das Ohmschen Gesetz ist vielleicht dem einen oder anderen bekannt. Danach verhält sich der Spannungsabfall über einem Widerstand proportional zum Strom.

Widerstand

Der elektrische Widerstand hat das Formelzeichen R (lateinisch resistentiam) und die Maßeinheit Ohm. Es handelt sich dabei um das Verhältnis der Spannung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Stromstärke durch einen Leiter zu schicken.

R = U / I

Aus diesem Grundsatz ergeben sich zwei weitere Formeln zur Berechnung der Spannung und des Stroms.

Strom

Der elektrische Strom hat das Formelzeichen I (lateinisch influare) und die Maßeinheit Ampere, kurz A. Als elektrischer Strom wird die Bewegung von elektrischen Ladungen bezeichnet, dazu gehören z.B. die freien Elektronen in einem Metall.

I = U / R

Spannung

Die elektrische Spannung hat das Formelzeichen U (lateinisch urgere) und die Maßeinheit Volt, kurz V. Unter elektrischer Spannung versteht man einen Potentialunterschied zwischen zwei Punkten. Häufig wird ein Bezugspunkt - die Masse bzw. der Minuspol der Spannungsquelle - definiert, um innerhalb einer Schaltung verschiedene Spannungen zu messen und vergleichen zu können.

U = R * I

Hilfreich für das Einprägen dieser drei Formeln ist das sogenannte URI-Dreieck.

Wasserfallmodell

Das Zusammenwirken von Strom, Spannung und Widerstand lässt sich am besten anhand eines Wasserkreislaufs veranschaulichen. Der Strom entspricht dabei dem Wasser, die Spannung dem Wasserdruck oder auch dem Wasserpegel eines Sees. Der Widerstand letztendlich entspricht dem Durchmesser des Wasserrohrs. Das Wasserrohr entspricht einer Leitung, durch die der Strom fließt. Je höher der Wasserdruck (Spannung)ist, desto mehr Wasser (Strom) kann durch ein Rohr (Leitung) fließt. Je dünner das Rohr ist (größerer Widerstand), desto weniger Wasser (Strom) kann durch das Rohr fließen.

Spannungsquelle

Noch ein paar Anmerkungen zur Spannungsquelle, oder besser gesagt zur Energiequelle. Die Spannung kann man entweder vom E-Werk bzw. auf unser Wassermodell bezogen vom Wasserwerk beziehen. Die Spannung bzw. der Wasserdruck ist dabei konstant und wird vom Netzbetreiber vorgegeben. Die Spannung vom E-Werk muss allerdings noch gleichgerichtet werden, weil es sich ja um Wechselspannung handelt, aber das wollen wir hier vernachlässigen. Anders sieht die Sache aus, wenn man eine mobile Energiequelle, sprich einen Akku oder eine Batterie verwendet. In unserem Wassermodell entspräche die Batterie einem Wasserbassin. Die Spannung wäre analog zur Wassertiefe des Bassins. Je tiefer der Wasserstand im Becken ist, desto höher die Spannung. Wenn nun Strom aus der Energiequelle entnommen bzw. Wasser aus dem Bassin gelassen wird, sinkt der Wasserspiegel bzw. die Spannung der Batterie. Übrigens spielt die Größe des Bassins für den Wasserdruck - sprich die Spannung - keine Rolle. Die Größe des Beckens entspricht dem Energieinhalt der Batterie, die entsprechende Maßeinheit lautet Amperestunde, kurz Ah. Je größer das Bassin bzw. der Energieinhalt, desto länger fließt das Wasser bzw. desto länger liefert die Batterie Strom.

Zum Wasserkreislauf bzw. zum Vergleich des elektrischen Stroms mit Wasser bliebe noch Folgendes anzumerken: Während Wasser der Schwerkraft folgend nur bergab fließt, gilt diese Einschränkung für Strom natürlich nicht. Auch die Annahme, dass der elektrische Strom von Pluspol zum Minuspol fließt, entspricht nicht ganz den Tatsachen, weil Elektronen nun einmal negativ geladen sind. Deshalb spricht man in diesem Zusammenhang auch von der technischen Stromrichtung.

elektrische Leistung

Eine weitere elektrische Größe ist die elektrische Leistung. Die elektrische Leistung hat das Formelzeichen P (Power) und die Maßeinheit Watt, kurz W.

P = U * I