Die Stromstärke I

 Ausbreitungsgeschwindigkeit

Verkehrsstrom: Man zählt die Anzahl der vorbeifahrenden Fahrzeuge in einem bestimmten Zeitraum. z.B. 560 Fahrzeuge in einer Stunde (560 Fahrzeuge pro Stunde)

Wasserstrom:  Die Stromstärke eines Wasserstroms  (auch Wasserführung genannt) gibt an wie viel Liter bzw. Kubikmeter Wasser an einer Stelle in einer Sekunde vorbeifließen (Da man die Anzahl der Wasserteilchen schlecht zählen können, gibt man das Volumen in Liter oder m3 an.)

Elektrischer Strom:

Die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließen, sind ein Maß für die Größe des elektrischen Stroms. 

Elektrische Stromstärke: (Umgangssprachlich Strom genannt)

Einheit der elektrischen Stromstärke I :
1 Ampere =1A

I ... Elektrische Stromstärke
Q ...Ladungsmenge, die durch den Leiter fließt
t ... die dafür benötigte Zeit

Da wir die Anzahl der Elektronen nicht zählen können, also Q nicht direkt messbar ist, muss dafür I als Grundgröße definiert werden: Die Stromstärke I ist eine der sieben Grundgrößen des internationalen Maßsystems (SI). Es gibt also für die Stromstärke genauso wie bei den Grundgrößen Zeit, Strecke und Masse keine Definitionsgleichung, sondern eine Messvorschrift 

Definition: "Die Basiseinheit 1 A ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stromes, der, durch zwei im Vakuum parallel im Abstand von 1 m voneinander angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 m Leiterlänge elektrodynamisch die Kraft 2 · 10-7 N hervorrufen würde."

Mit Hilfe der Einheit für die elektrische Stromstärke wird nun die Einheit für die elektrische Ladung abgeleitet: Die Ladungsmenge, die in einer Sekunde bei einer Stromstärke von einem Ampere durch den Leiter fließt heißt 1 Coulomb

1 Coulomb = 1 C  = 1 A.s = 1 Amperesekunde 

Bei der elektrischen Stromstärke müsste man eigentlich angeben, wie viel Elektronen pro Sekunde sich durch den Leiterquerschnitt bewegen. Da dies aber unvorstellbar viele sind, gibt man die Elektronen in "Packungen von Coulomb" an
1 Coulomb ist die Ladung von 6,2415065 . 1018 Elektronen.

1 A = 1 C/s 
Durch einen Leiter fließt genau dann ein Strom von 1A, wenn durch den Leiterquerschnitt 6,2415065 . 1018 Elektronen pro Sekunde fließen. (rund 6 Trillionen)

Stromrichtung

Die Bewegung von Ladungsträgern wurde als erstes im Elektrolyten (elektrisch leitende Flüssigkeit) anhand von positiven Ionen entdeckt. Historisch wurde somit die beobachtete Richtung als Stromrichtung definiert. Die technische Stromrichtung ist die Richtung von positiven Ladungsträgern. (von Plus nach Minus)
Heute wissen wir, dass in Metallen ausschließlich die negativen Elektronen fließen, also eine Stromrichtung von "Minus nach Plus" (tatsächliche Stromrichtung) sinnvoller wäre. 

Die Konvention war aber inzwischen so verbreitet, dass man sie nicht mehr geändert hat! (hoher Änderungsaufwand bei den Büchern. Ein ähnliches Beispiel war das Zwölfersystem bei den Zeiteinheiten, das man nicht mehr durch das Dezimalsystem ersetzen konnte) Außerdem gibt es auch Materialien in denen sich auch positive Ladungsträger bewegen (Halbleiter, Elektrolyte, Plasma).

Beispiele

1) Warum wird der Buchstabe I für die Stromstärke verwendet?

2) Je mehr Elektronen (Ladungsträger) pro Zeiteinheit durch einen Leiter fließen, desto ist die Stromstärke ("der Strom").

3) Man verwechselt leicht die Stärke eines Stroms mit seiner Geschwindigkeit:
Gleiche Stromstärke heißt nicht gleiche Geschwindigkeit der Ladungsträger:
Wenn relativ viele Ladungen langsam durch die Testfläche treten kann dies die gleiche Stromstärke bedeuten, wie wenn sich relativ wenige Ladungen schnell durch die Testfläche bewegen. (vergleiche Wasserkreislauf:  Auch dort gehen keine Wassermoleküle verloren, die transportierte Masse ist an jeder Stelle die gleiche. Bei geringerem Rohrquerschnitt erhöht sich die Wassergeschwindigkeit entsprechend, um den Massentransport zu gewährleisten)
Beispiel: Ein dünner und ein dicker Draht sind hintereinander in einen Stromkreis geschaltet. Ab einer gewissen Stromstärke beginnt einer der Drähte zu glühen. Welcher und warum? (Denke an eine Glühbirne und die Zuleitungsdrähte)

4) Eine Batterie liefert eine Stunde lang einen Strom von 1 A
a) Wie viele Elektronen fließen dabei durch die Batterie 


b) Ändert sich die Gesamtladung der Batterie? 


b) Was heißt dann, "die Batterie ist entladen"?

Warum geht das Licht sofort an, wenn wir den Schalter betätigen? Wie schnell bewegen sich die Elektronen im Draht?

Zusammenhang zwischen Strom und Ladung bei Leifiphysik
Genaue Definition der Stromstärkeeinheit bei  Leifiphysik

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 03.08.2003