Grundlagen der Elektrik anschaulich erklärt

Worum geht es bei der Arbeit als Elektriker?

Elektrik ist für viele Menschen ein Phänomen, weil wir elektrischen Strom nicht sehen, hören, spüren, schmecken oder riechen können. Unsere Sinne sind nicht dafür gemacht, Elektrik wahrzunehmen. Nur die Auswirkungen können wir sehen. Also entwickeln wir in unserer Vorstellung Bilder, mit denen wir in Analogie zu wahrnehmbaren Ereignissen, ein Verständnis dieser Phänomene finden.

Wer sich in der Schule, beim Hobby oder im Beruf näher damit auseinandergesetzt hat, versteht die „Sprache“ der Elektrik, die als Formelsprache mit Elementen der Physik und Mathematik die Sache ganz eindeutig beschreibt. Die Auswirkung von elektrischem Strom ist sichtbar und mit der Beobachtung solcher Auswirkungen (Licht geht an, Heizung wird warm, Motor läuft, …) entwickelt sich ein Verständnis für Zusammenhänge.

Elektrischer Strom

Was ist nun elektrischer Strom? Per Definition ist es eine gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern. Auch wieder eine abstrakte Erklärung für ein abstraktes Phänomen. Elektriker haben meist mit Kabeln bzw. Kupferleitungen als elektrische Leiter zu tun. Im Fall von Metallen wie Kupfer sind Elektroden die Ladungsträger.

Was ist ein elektrischer Stromkreis?

Ein elektrischer Stromkreis besteht allgemein aus einer Spannungsquelle, elektrischen Leitern und einem Verbraucher.

Beispiel Wasserkraft

In Analogie zu anderen sichtbaren Kreisläufen kann man sich eine Vorstellung machen. Stellen wir uns einen Wasserkreislauf vor. Er könnte aus einem Staubecken mit Wasser bestehen, das 20 Meter erhöht ist. Von dort oben verläuft eine Rohrleitung hinab zu einem Wasserrad, das mit herabströmendem Wasser angetrieben werden soll.

Analogbeispiel Wasserkraft

Kurz vor dem Wasserrad ist ein Ventil in der Rohrleitung. Vor dem geschlossenen Ventil herrscht der Wasserdruck aus 20 Meter Höhe. Öffnet man das Ventil, strömt das Wasser mit einiger Geschwindigkeit auf das Wasserrad. Das Wasserrad beginnt zu drehen und treibt einen mechanischen Verbraucher an.
In dem Beispiel steht das Staubecken in der Höhe für eine Spannungsquelle, die Rohrleitung steht für elektrische Leitungen und das Wasserrad steht für den elektrischen Verbraucher. Der Höhenunterschied (hier 20 Meter) steht für die Höhe der elektrischen Spannung. Die herabströmende Wassermenge steht für den elektrischen Strom.

Stellen wir uns vor, dass der Höhenunterschied nicht 20 Meter, sondern 100 Meter wäre, dann ist klar, dass der Wasserdruck am geschlossenen Ventil viel höher sein müsste. In dem Fall würde auch das herabströmende Wasser viel schneller fließen und das Wasserrad würde viel stärker angetrieben werden.
Wenn wir nun eine größere Rohrleitung verwenden mit größerem Querschnitt, dann könnte in der gleichen Zeit noch mehr Wasser hindurchfließen. Dann könnten wir ein größeres Wasserrad verwenden und viel mehr Energie dem mechanischen Verbraucher zuführen.

(Damit wir hier einen echten Kreislauf haben, stellen wir uns noch vor, dass das verbrauchte Wasser hinter dem Wasserrad in einen Fluß fließt, der in ein Meer mündet, das Wasser dort verdunstet und als Regen wieder unser Staubecken füllt.)

Mit dem Beispiel lassen sich die Grundlagen der Elektrik veranschaulichen, weil es sich mit dem elektrischen Stromkreis ganz ähnlich verhält. Der Höhenunterschied symbolisiert das Potenzial bzw. die Höhe der elektrischen Spannung (Formelzeichen: U). Das strömende Wasser symbolisiert den elektrischen Strom (Formelzeichen: I) und das Wasserrad ist ein Verbraucher, der für das Wasser auch einen Widerstand (Formelzeichen: R) darstellt und gleichzeitig eine Leistung (Formelzeichen: P) abgibt, indem es unser Wasserrad antreibt.

Mit der Rohrleitung bzw. dem Leitungsquerschnitt haben wir ein weiteres Phänomen angesprochen, den Leitungswiderstand. Jede Rohrleitung stellt für ein strömendes Medium (hier im Beispiel Wasser) einen Widerstand dar. So ist es auch beim elektrischen Strom.

Dickeres Wasserrohr – weniger Widerstand – mehr Strömung.
Dickerer elektrischer Leiter – weniger el. Widerstand – mehr el. Strom.

Je höher die Spannung, umso höher wird (bei gleichem Widerstand) der Strom und umso höher ist auch die Leistung. In der Formelsprache sieht das so aus:

P = U * I

In einem einfachen Stromkreis gibt es also Spannung und es fließt Strom durch einen Widerstand. In der Praxis sind immer mehrere Widerstände vorhanden aber für das grundsätzliche Verständnis ist das egal. Je höher die Spannung ist, umso höher wird auch der Strom (bei gleichem Widerstand). Wird der Widerstand höher, muss der Strom geringer werden, solange die Spannung gleichbleibt. In der Formelsprache sieht das so aus:

I = U/R                 oder      U = I * R

Dies sind die wichtigsten Zusammenhänge in der Elektrik. Hier findest du weiteres Grundwissen über die Reihenschaltung und Parallelschaltung.

Erfahre mehr über die Elektrische Leistung in einem einfachen Stromkreis.

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