Strombegriffe

Hi!

Wer kann mir mit möglcihst einfachen Worten die Begriffe Strom (I), Spannung (U) und Widerstand ® erklären?

Ich wurde von einem Schüler der Mittelstufe nach dem Ohmschen Gesetz gefragt. Klar, dachte ich, kein Problem: U = R x I

Dann fing der Bursche aber an, weiter nachzufragen: Was ist Strom? Was ist Spannung? Was ist Widerstand?

Ähem … Tja …

Und damit stellte sich heraus, daß man im täglichen Leben Begriffe verwendet, ohne über ihre Bedeutung nachzudenken.

Was ich noch - aus meiner Schulzeit (lang ist’s her) - wußte, war der Fluß von negativ geladenen Teilchen in einer Leitung, wobei die Leitung aus positiv geladenen Teilchen besteht (oder so ähnlich). Und je enger der Kanal zwischen den positiven Teilchen ist, desto schwerer fällt es den negativen Teilchen zu fließen (für Physiker mag das grausam klingen - aber wie erkläre ich einem 13jährigen, was in einer Stromleitung abgeht?).

Also: Wer kann Strom, Spannung und Widerstand erklären?

Danke für jeden Versuch!

Grüße
Heinrich

Hi Heinrich

bei Strömlingen bietet sich eigentlich immer ein Vergleich mit Wasser ganz gut an.
Stell dir einen Staudamm vor. Dort soll das wasser auf der einen Seite 10m höher sein als auf der anderen. Du hast also zwei verschiedene „Potentialflächen“, deren Höhenunterschied parallel zu Strömlingen die Spannung darstellt. Machst du jetzt ein kleines Löchlein in den Damm, daß Wasser zum fließen kommt, ist die Stärke des Wasserstrahles parallel zur Stromstärke. Da das Loch einen definierten Querschnitt hat, stellt es einen widerstand, parallel dem ohmschen Widerstand dar.

Möchtest du noch eine rein elektrische Formulierung oder reicht das?

Frank

Hi Frank!!

Nichts gegen dich, aber glaubst Du, dass das ein 13 jähriger versteht???

Ich hab selbst im Physik LK einige zeit gebarucht, bis ich diesen Kram mit den Potentialflächen verstanden habe.

Gruß

Britta

Frank hat schon mal gut angefangen. Aber vielleicht ist doch noch etwas zu verquirlt.
Vielleicht würde ich es folgendermaßen machen:

In einem hohen Bottich ist Wasser. Ganz unten befindet sich ein Ventil, ähnlich wie ein Wasserhahn.

Die Höhe des Wasserstandes ist mit der Spannung vergleichbar. In diesem Fall reden wir über die Höhe des Wasserdrucks, der am Boden des Bottichs am höchsten ist. Je mehr Wasser im Bottich ist, umso höher ist der Druck am Boden.

Das Ventil ist der Widerstand. Vollkommen geschlossen wäre der Widerstand unendlich hoch - es kommt ja kein Wasser durch.
Je weiter das Ventil geöffnet wird, umso geringer wird der Widerstand.

Das fließende Wasser ist der Strom. Je mehr Wasser fließt, umso höher ist der Strom.

Die Menge des Wasserdurchflusses (Strom) ist abhängig vom Wasserdruck (Spannung) und von der Öffnung des Ventils (Widerstand).

Dann erschließt sich der erste Zusammenhang: Je leerer der Bottich wird, umso spärlicher wird der Wasserstrahl. Um dennoch die gleiche Menge Wasser fließen zu lassen, müßten wir also das Ventil immer weiter öffnen.

Gruß!
Tino

Hi Britta,

deshalb doch gerade mit dem Vergleich zu Wasser. Die ganze Sache wird so greifbar und somit eher "be"greifbar, meine ich. Ein Dreizehnjähriger sollte das m.E. langsam auf die Rolle kriegen. Ich habe da mit 10 Jahren schon mehr gebastelt.

Frank

Hallo
Es gibt eine Besonderheit dabei , welche oft übersehen wird , nämlich :
In physikalischen Geräten wird zumeist der Fluß der Elektronen als Stromrichtung bezeichnet , da die Elektronen das nachweisbare im Vakuum sind .
In der Elektrik und in der Schaltungstechnik gibt es jedoch die historisch bedingte konservative Stromrichtung vom Plus nach Minus .
Die Begriffe Strom,Spannung und Widerstand sind eigentlich nicht besonders kompliziert , die Physik_ und Lehrbücher fangen da oft mit dem historischen Begriff Electron und der elektrostatischen Aufladung an .
Um die Begriffe zu erläutern wäre es vielleicht sinnvoll , auf Erscheinungen in der Natur zurückzugreifen , um dann anschließend auf die mathematischen Zusammenhänge hinzuweisen .
Ich habe mir damals diese Formel U = R*I im Dreieck vorgestellt , und konnte so alles ausrechnen .
Das mit der „Kanalenge“ ist nicht unbedingt ausschlaggebend , nur bei normalen Leiterwerkstoffen , normalen Temperaturen und bei Gleichstrom stimmt das .
Der Vergleich mit Elementen aus der Hydraulik ist vielleicht hilfreich , da gibt es den Druck als sowas wie die Spannung , eine Durchflußmenge pro Zeit als sowas wie der Strom , Turbulenzen und Widerstände in Drosseln/Ventilen als Ereignisse um den Widerstand .
Es gibt auch Beschreibungen rein physikalischer Definitionen , aber das wirkt wohl eher abschreckend .
MfG
Matthias

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hi!

bei Strömlingen bietet sich eigentlich immer ein Vergleich mit
Wasser ganz gut an.
Stell dir einen Staudamm vor. Dort soll das wasser auf der
einen Seite 10m höher sein als auf der anderen. Du hast also
zwei verschiedene „Potentialflächen“, deren Höhenunterschied
parallel zu Strömlingen die Spannung darstellt. Machst du
jetzt ein kleines Löchlein in den Damm, daß Wasser zum fließen
kommt, ist die Stärke des Wasserstrahles parallel zur
Stromstärke. Da das Loch einen definierten Querschnitt hat,
stellt es einen widerstand, parallel dem ohmschen Widerstand
dar.

Also, wenn ich ehrlich bin, habe ich das nicht verstanden.

Was sind z.B. Strömlinge?

Und wenn ich mir zwei unterschiedlich hohe Becken mit Wasser vorstelle, dann habe ich doch nur bei einem eine „Spannung“, nämlich beim höher gelegenen - das will nämlich zum niedrigeren.
Wenn ich also eine Stromleitung nehme , dann hat nur ein Ende eine Spannung? Ist mir unklar.

Sorry, aber Technik ist nicht mein Fach. :-/

Grüße
Heinrich

Hi!

Also, wenn ich ehrlich bin, habe ich das nicht verstanden.

Was sind z.B. Strömlinge?

-) Fachjargon. Das ist alles, was mit elektrischen Dingen zu tun hat. Irgendwer muß doch die ganze Arbeit verrichten, und das sind eben die Strömlinge (vgl. Lemminge) :smile:

Und wenn ich mir zwei unterschiedlich hohe Becken mit Wasser
vorstelle, dann habe ich doch nur bei einem eine „Spannung“,
nämlich beim höher gelegenen - das will nämlich zum
niedrigeren.
Wenn ich also eine Stromleitung nehme , dann hat nur ein Ende
eine Spannung? Ist mir unklar.

Jein. Die elektrische Spannung ist definiert als Potentialunterschied delta phi zwischen zwei Äquipotentialflächen phi x und phi y. spannung ist also immer eine Differenz und nix festes. Diese Potentialunzterschiede entstehen durch eine ungleichmäßige Ladungsträgerverteilung.
An deiner Stromleitung hast du ja tatsächlich dirgegenüber nur an einem Ende eine Spannung, da das andere Ende geerdet sein sollte und Du deshalb dasselbe Potential aufweist wie dieses Ende —> keine Potentialdifferenz, kein Strom fließt.
Falls dein elektriker nicht gepfuscht hat, kannst du problemlos alle grün/gelben und blauen Drähte in deiner Wohnung angrabschen. Die sind nämlich sogar an deiner Badewanne angeschlossen.

Es gibt eine Besonderheit dabei , welche oft übersehen wird ,
nämlich :
In physikalischen Geräten wird zumeist der Fluß der Elektronen
als Stromrichtung bezeichnet , da die Elektronen das
nachweisbare im Vakuum sind .

Hallo Matthias,

In der Elektrik und in der Schaltungstechnik gibt es jedoch
die historisch bedingte konservative Stromrichtung vom Plus
nach Minus .

mit dem Spruch „der Strom fließt stets von Plus nach Minus“ sollte man vorsichtig sein. Das „stets“ trifft vielmehr auf die Tatsache zu, daß sich ein Teil jedes Stromkreises zwangsläufig im Inneren einer oder gegebenenfalls mehrerer Quellen befindet. Und schließlich geben z. B. Akkus nicht immer nur Energie ab, sondern nehmen manchmal auch welche auf.

Im Klartext: Wenn eine Stromquelle Energie abgibt, dann fließt der (technische!) Strom „außen“ vom Plus- zum Minuspol, in ihrem Inneren jedoch vom Minus- zum Pluspol. Und genau umgekehrt ist es, wenn sie Energie aufnimmt, z. B. weil sie ein Akku ist, der gerade geladen wird.

Mit freundlichem Gruß
Martin

da hast Du eine Ausnahme gefunden

Und schließlich geben z. B. Akkus nicht
immer nur Energie ab, sondern nehmen manchmal auch welche auf.

Im Klartext: Wenn eine Stromquelle Energie abgibt, dann fließt
der (technische!) Strom „außen“ vom Plus- zum Minuspol, in
ihrem Inneren jedoch vom Minus- zum Pluspol. Und genau
umgekehrt ist es, wenn sie Energie aufnimmt, z. B. weil sie
ein Akku ist, der gerade geladen wird.

Mit freundlichem Gruß
Martin

Hallo Martin
Hier hast Du eine Ausnahme gefunden . Bei einer Schaltung mit Widerstand fließt es aber technisch vom Pluspol nach Minus .
Wenn man einen Akku auflädt , so fließt er aber weiterhin von Plus nach Minus , weil ja der Akku eine niedrigere Spannung als die Spannung der Ladequelle haben muß .
Wenn man es so genau nähme , dann kann man auch noch die Halbleiter erwähnen , bei denen gibt es die Elektronenleitung und als Gegensatz die „Löcherleitung“ , also positive Elemente sich bewegen .
Ich wollte hauptsächlich den Begriff „Stromrichtung“ erklären , weil das etwas Fehleranfällig ist .
In elektrischen Schaltungen kann man zuweilen Stromrichtungspfeile finden , welche den konservativen oder technischen Strom bezeichnen . Auf der anderen Seite werden aber meistens die Elektronen als Ladungsträger genannt , und die fließen leider anders rum .
Bei der Batterie und beim Kondensator ist es wohl tatsächlich so , das bei Entladung der Strom entgegen der Polarität fließt , er ist hier ja auch kein ohmscher Verbraucher .
Mit freundlichen Grüßen .
Matthias

Hallo Matthias,

mal ein Versuch, das etwas deutlicher zu erklären:

Reden wir liber von Ladungsträgerüberschuß (LÜ) und Ladungsträgermangel (LM). Demnach fließt Strom erstmal prinzipiell immer von LÜ nach LM. Technisch wird LÜ als Pluspol bezeichnet, physikalisch nach der Ladung als Minuspol.

Frank

Hallo Matthias,

Hier hast Du eine Ausnahme gefunden .

nein, ich habe lediglich den Spruch so verallgemeinert, daß er für alle Fälle gilt, die es überhaupt gibt (Quelleninneres-/äußeres, Energieabgabe/-aufnahme).

Bei einer Schaltung mit
Widerstand fließt es aber technisch vom Pluspol nach Minus .

Ein Widerstand hat keine Pole (auch nicht, wenn er vom Strom durchflossen wird). Nur Stromquellen haben welche (auch, wenn kein Strom fließt). Bei einer Schaltung aus einer Quelle und einem Widerstand fließt der Strom außerhalb der Quelle vom Plus- zum Minuspol, innerhalb vom Minus- zum Pluspol. Es steht natürlich jedem frei, den Fall „innerhalb“ als „Ausnahme“ anzusehen. Mir widerstrebt das – ich sehe einfach nur die beiden Hälften des Stromkreises.

Wenn man einen Akku auflädt , so fließt er aber weiterhin von
Plus nach Minus , weil ja der Akku eine niedrigere Spannung
als die Spannung der Ladequelle haben muß .

Vorsicht, hier nichts durcheinanderbringen. Bei einem Stromkreis aus einer Quelle und einem Akku, der von der Quelle geladen wird, liegen vier Pole vor. Von der Quelle aus gesehen fließt der Strom außerhalb von (+) nach (–), innerhalb von (–) nach (+) und vom Akku aus gesehen außerhalb von (–) nach (+), innerhalb von (+) nach (–).

Wenn man es so genau nähme ,

ich hab es nur vollständig nehmen wollen…

dann kann man auch noch die
Halbleiter erwähnen , bei denen gibt es die Elektronenleitung
und als Gegensatz die „Löcherleitung“ , also positive Elemente
sich bewegen .

Das ist nochmal etwas anderes. Als man die technische Stromrichtung definiert hat, ging man von der metallischen Leitung aus, wußte jedoch nicht, ob die Träger der Ladung positiv oder negativ geladen sind. Da man sich jedoch entscheiden mußte, nahm man willkürlich an, daß sie positive Ladung tragen, was sich dann später prompt als falsch erwies. In diesem Sinne wird der technische Strom also durch imaginäre positive Ladungsträger gebildet (die aber nichts mit der Löcherleitung in Halbleitern zu tun haben!). Als man herausfand, daß die wirklichen Ladungsträger bei der metallischen Leitung die negativ geladenen Elektronen sind, hatte zu einer Umdefinierung der Stromrichtung keiner mehr Lust.

Ich wollte hauptsächlich den Begriff „Stromrichtung“ erklären
, weil das etwas Fehleranfällig ist . In elektrischen
Schaltungen kann man zuweilen
Stromrichtungspfeile finden , welche den konservativen oder
technischen Strom bezeichnen .

Genau – sie geben die Richtung der imaginären positiven Ladungsträger an.

Auf der anderen Seite werden
aber meistens die Elektronen als Ladungsträger genannt , und
die fließen leider anders rum .

So ist es, und wir stimmen darin überein, daß es wichtig ist, das auseinanderzuhalten!

Mit freundlichem Gruß
Martin

Hallo Martin,

Das ist nochmal etwas anderes. Als man die technische
Stromrichtung definiert hat, ging man von der metallischen
Leitung aus, wußte jedoch nicht, ob die Träger der Ladung
positiv oder negativ geladen sind. Da man sich jedoch
entscheiden mußte, nahm man willkürlich an, daß sie positive
Ladung tragen, was sich dann später prompt als falsch erwies.
In diesem Sinne wird der technische Strom also durch imaginäre
positive Ladungsträger gebildet (die aber nichts mit der
Löcherleitung in Halbleitern zu tun haben!). Als man
herausfand, daß die wirklichen Ladungsträger bei der
metallischen Leitung die negativ geladenen Elektronen sind,
hatte zu einer Umdefinierung der Stromrichtung keiner mehr
Lust.

Wenn man 2 Elektroden in eine leitende Flüssigkeit taucht und eine Spannung anlegt, so kann man beobachten, dass sich die eine Elektrode abbaut und sich das abgebaute Material an der anderen Elektrode anlagert. Folglich wurde derjenige Pol an welchem sich die Eletrode abbaut mit „-“ (Kathode) und der andere mit „+“ (Anode) bezeichnet.
Ist doch ganz logisch, oder nicht ??

Erst später fand man heraus, dass eigentlich die Elektronen die Ladungsträger sind und diese sich vom „-“-Pol zum „+“-Pol bewegen.

MfG Peter(TOO)

Hallo Martin,

Das ist nochmal etwas anderes. Als man die technische
Stromrichtung definiert hat, ging man von der metallischen
Leitung aus, wußte jedoch nicht, ob die Träger der Ladung
positiv oder negativ geladen sind. Da man sich jedoch
entscheiden mußte, nahm man willkürlich an, daß sie positive
Ladung tragen, was sich dann später prompt als falsch erwies.
In diesem Sinne wird der technische Strom also durch imaginäre
positive Ladungsträger gebildet (die aber nichts mit der
Löcherleitung in Halbleitern zu tun haben!). Als man
herausfand, daß die wirklichen Ladungsträger bei der
metallischen Leitung die negativ geladenen Elektronen sind,
hatte zu einer Umdefinierung der Stromrichtung keiner mehr
Lust.

Wenn man 2 Elektroden in eine leitende Flüssigkeit taucht und
eine Spannung anlegt, so kann man beobachten, dass sich die
eine Elektrode abbaut und sich das abgebaute Material an der
anderen Elektrode anlagert. Folglich wurde derjenige Pol an
welchem sich die Eletrode abbaut mit „-“ (Kathode) und der
andere mit „+“ (Anode) bezeichnet.
Ist doch ganz logisch, oder nicht ??

Erst später fand man heraus, dass eigentlich die Elektronen
die Ladungsträger sind und diese sich vom „-“-Pol zum „+“-Pol
bewegen.

Gruß

in diesem Fall nicht ganz korrekt. Da sind auch Ionen Ladungsträger.

mfG Frank

Wenn man 2 Elektroden in eine leitende Flüssigkeit taucht und
eine Spannung anlegt, so kann man beobachten, dass sich die
eine Elektrode abbaut und sich das abgebaute Material an der
anderen Elektrode anlagert. Folglich wurde derjenige Pol an
welchem sich die Eletrode abbaut mit „-“ (Kathode) und der
andere mit „+“ (Anode) bezeichnet.
Ist doch ganz logisch, oder nicht ??

Hallo Peter,

ja, Deine Erklärung ist wirklich sehr einleuchtend. Danke für den Hinweis. Ich muß meine Darstellung des Sachverhalts also korrigieren: Die Leute machten sich damals keine Gedanken um die metallische Leitung, sondern gingen von dem aus, was sie in galvanischen Elementen beobachteten (und wußten dabei nicht, daß ausgerechnet hier positiv geladene Ionen wandern).

Erst später fand man heraus, dass eigentlich die Elektronen
die Ladungsträger sind

Du meinst: Daß die einzigen an der metallischen Leitung beteiligten Ladungsträger die Elektronen sind.

Mit freundlichem Gruß
Martin

Moin!

Ein Widerstand hat keine Pole (auch nicht, wenn er vom Strom
durchflossen wird). Nur Stromquellen haben welche (auch, wenn
kein Strom fließt).

Bei einer Stromquelle fließt immer ein Strom. Und zwar immer derselbe, zumindest bei einer idealen Stromquelle. Dies bedeutet, daß die Klemmenspannung einer Stromquelle vom Lastwiderstand abhängt und - rein theoretisch - unendlich groß werden wird, wenn die Klemmen ideal voneinander isoliert sind.

Im Gegensatz dazu liegt bei einer Spannungsquelle immer dieselbe Spannung an den Klemmen an. Dies wiederum bedeutet, daß eine ideale Spannungsquelle an einem idealen Kurzschluß einen unendlich hohen Strom liefern wird.

Natürlich gibt es weder die ideale Strom- noch die ideale Spannungsquelle. In bestimmten, definierten Bereichen gibt es allerdings schon Strom- und Spannungsquellen, die sich annähernd ideal verhalten.

Munter bleiben… TRICHTEX

Hallo Gunther,

Ein Widerstand hat keine Pole (auch nicht, wenn er vom Strom
durchflossen wird). Nur Stromquellen haben welche (auch, wenn
kein Strom fließt).

Bei einer Stromquelle fließt immer ein Strom. Und zwar immer
derselbe, zumindest bei einer idealen Stromquelle.

OK, Deine Kritik ist gebongt. Ich hab das Wort „Stromquelle“ hier zugegebenermaßen etwas gedankenlos einfach als Synonym für „Spannungsquelle“ gebraucht (man braucht halt vier Buchstaben weniger tippen :wink: ). Ich stimme Dir aber zu, daß der Begriff „Stromquelle“ nicht unbedingt in Verbindung mit der Aussage, daß kein Strom fließt, verwendet werden sollte.

Mit freundlichem Gruß
Martin

Spannungsquelle?
Moin Moin!

Im Gegensatz dazu liegt bei einer Spannungsquelle immer
dieselbe Spannung an den Klemmen an. Dies wiederum bedeutet,
daß eine ideale Spannungsquelle an einem idealen Kurzschluß
einen unendlich hohen Strom liefern wird.

Das so zu betrachten bringt technisch keinen Sinn. Eine Spannungsquelle hat immer eine Leerlaufspannung und einen Innenwiderstand.
Das ist real. Interessant ist dann auch noch der Kurzschlußstrom.
Wenn z.B. diese beiden Werte an zwei völlig verschiedenen Trafos übereinstimmen, egal welche Leistung sie haben, kann man sie parallelschalten.

Frank