Spannung, Strom, Widerstand und Leistung im Stromkreis

Die Begriffe Spannung, Strom, Widerstand und Leistung tauchen immer wieder in der Elektrik, Elektrotechnik und Elektronik auf. Es sind physikalischen Größen, die grundlegende Eigenschaften beschreiben. Klingt abstrakt, beim Vergleich mit sichtbaren mechanischen Themen wird es anschaulicher. Nehmen als Beispiel die Länge, ebenfalls eine physikalische Größe. Die Länge wird in Meter angegeben. Wenn irgendwo die Rede ist von 100 Meter, dann ist jedem klar, was damit gemeint ist. Wir kennen das zum Beispiel aus dem Sport vom 100-Meter-Lauf. Oder unsere Körpergröße ist beispielsweise 1,75 Meter. Das ist eine Länge.

Elektrische Spannung

Die Spannung (U) wird in Volt angegeben. Beispielsweise haben einfache Batterien (Babyzellen) meist eine Spannung von 1,5 Volt. Eine Autobatterie hat 12 Volt, an einer Steckdose liegen 230 Volt und der USB-Anschluss am PC oder Handy hat 5 Volt. Das Formelzeichen von Volt ist V.

Elektrischer Strom

Strom (I) wird in Ampere angegeben. Angaben in Ampere findet man z. B. auf allen Sicherungen. Im Auto gibt es Sicherungen mit 3, 5 oder 10 Ampere. Im Haushalt sind Sicherungen mit 16 Ampere üblich. Wenn die Stromstärke in den entsprechenden Stromkreisläufen höher wird, als auf der Sicherung steht, dann brennt die Sicherung durch und unterbricht damit den Stromkreis – Stromausfall. So wird verhindert, dass ein größerer Schaden durch Überlastung entsteht. Das Formelzeichen für Ampere ist A.

Elektrischer Widerstand

Ein elektrischer Widerstand wird in Ohm angegeben. Überall in der Technik werden Bauteile verwendet, die einen bestimmten Widerstandswert haben. Das können 10, 50 oder 10000 Ohm sein. Alle denkbaren Werte sind möglich. Solche Widerstände werden in komplexere Schaltkreise verbaut, mit denen unglaublich vielfältige Funktionen realisiert werden können. Alle Verbraucher wie Motoren, Lampen, Heizungen oder Radios haben Widerstände, die aber nicht immer in Ohm angegeben sind. Bei kompletten Geräten ist es üblicher, die Leistung anzugeben, die auch viel mit dem Widerstand zu tun hat. Das Formelzeichen für Ohm ist das griechische Omega Ω.

Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung wird in Watt angegeben. Bei einer Zimmerbeleuchtung hat die Glühbirne beispielsweise eine Leistung von 100 Watt. Wenn wir eine LED-Lampe nehmen, hat die vielleicht 18 Watt und leuchtet aber genau so hell. Ein elektrischer Heizkörper hat etwa 2000 Watt, ein Haartrockner auch etwa so viel. Eine Ladestation für ein Elektroauto kann 50000 Watt haben. Das Formelzeichen für Watt ist W.

 

Elektroniker sparen sich gerne Schreibarbeit. Wenn die Zahlenwerte sehr groß werden oder sehr klein, kürzen die Fachleute ab. Bei großen Zahlen verwenden sie die Abkürzung Kilo (k), bei kleinen Zahlen Milli (m). Analog zu den Längenangaben Millimeter (0,001 Meter = 1mm) und Kilometer (1000 Meter = 1km) schreiben sie Milliwatt (mW) oder Kilowatt (kW). Das Gleiche gilt für Volt, Ampere und Ohm. Wenn es noch kleiner oder größer wird, gibt es noch mehr Möglichkeiten, um abzukürzen wie Micro und Nano oder Mega und Giga. Solche Abkürzungen sind immer üblich und weit verbreitet.

 

So sieht die Darstellung für einen einfachen elektrischer Stromkreislauf aus:

einfacher elektrischer Stromkreis mit Schalter

 

Er besteht aus einer Spannungsquelle, einem Schalter (hier geöffnet dargestellt) und einem Widerstand. Die Verbindungsleitungen sind durch einfache Striche dargestellt.

Als Spanungsquelle ist hier das Symbol für eine Batterie dargestellt. Eine Batterie liefert Gleichspannung mit einem Pluspol und einem Minuspol. Der längere Strich symbolisiert immer den Pluspol, der kürzere den Minuspol. Der Minuspol wird manchmal etwas dicker dargestellt. Batterien sind galvanische Zellen, sie erzeugen Spannung und Strom durch chemische Reaktionen.

Schließt man den Schalter, dann fließt Strom. Je größer die Spannung ist, umso größer wird auch der Strom. Je größer der Widerstand ist, umso kleiner wird der Strom. Dieser Zusammenhang ist linear und kann deshalb mit einer einfachen Formal beschrieben werden:

I = U/R

Nehmen wir an, der Widerstand hat 1000 Ω, dann fließt bei einer Spannung von 10 V ein Strom von 0,01 A.
Oder abgekürzt:

I = 10 V / 1 kΩ = 10 mA = 0,01 A

Und dabei entsteht Wärme, denn die elektrische Leistung muss irgendwo hin. Sie wird in diesem Fall in Wärme umgewandelt.

P = U * I = 10 V * 0,01 A = 0,1 W = 100 mW

 

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