Elektrischer Strom
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Elektrischer Strom ist in der Elektrotechnik die Bezeichnung für eine gerichtete Bewegung von Ladungsträgern in einer Substanz oder im Vakuum. Umgangssprachlich wird elektrischer Strom auch kurz Elektrostrom oder einfach Strom genannt.
Eine solche (der ungeordneten thermischen Wimmelbewegung überlagerte) gerichtete Bewegung wird durch elektrische Feldkräfte (eine Spannung (Elektrizität)) beeinflusst oder hervorgerufen.
Zu beachten sind die
- Technische Stromrichtung: Vereinbarungsgemäß wird eine Stromrichtung von Plus nach Minus angenommen.
- Physikalische Stromrichtung: In der Physik betrachtet man die wirkliche Bewegung der Ladungsträger. In Metallen bewegen sich in der Regel Elektronen, also negative Ladungsträger, die vom Minus-Pol zum Plus-Pol fließen. In Flüssigkeiten sind aber z.B. auch positiv geladene Ionen vorhanden, die vom Plus-Pol zum Minus-Pol fließen. In diesem Fall stimmen die technische und die physikalische Stromrichtung überein.
Man unterscheidet zwischen Gleichstrom und Wechselstrom.
- Formelzeichen Stromstärke: I
- Einheit Stromstärke: A
- Name der Einheit: Ampere
Physikalischer Mechanismus: Entstehung des Stromflusses
Am Beispiel einer elektrischen Batterie lässt sich das Prinzip des Stromflusses veranschaulichen. Elektrochemische Prozesse in der Batterie bewirken eine Ladungstrennung; die Elektronen werden auf einer Seite gesammelt (Minuspol), auf der anderen Seite herrscht Elektronenarmut (Pluspol). Hierdurch entsteht eine Potentialdifferenz, eine elektrische Spannung. Ladungsträger, die einer Spannungsdifferenz ausgesetzt sind, erfahren durch selbige eine Beschleunigung. Wenn man die beiden Pole der Batterie durch einen elektrischen Leiter mit einem gegebenen elektrischen Widerstand verbindet, bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol: Ein elektrischer Strom fließt. Die Trennung der Ladungen erforderte (chemischer) Energie, die wieder frei wird, wenn der Strom fließt.
In einem solchen Stromkreis bestimmen die aufgebaute Spannung, abgekürzt U, und die Größe des elektrischen Widerstandes, R, die Stromstärke I. Der Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand kann durch das Ohmsche Gesetz ausgedrückt werden: U = R * I.
Technische Nutzung des elektrischen Stroms
Elektrischer Strom ist heute eine der wichtigsten Methoden, Energie zu transportieren und bereitzustellen. So wird heute die gesamte Beleuchtung, die meisten Haushaltsgeräte und die gesamte Elektronik und Computertechnik mit elektrischer Energie betrieben. Autos mit elektrischem Antrieb werden als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen benzingetriebenen Gefährten propagiert. Auch medizinische Geräte vom Röntgenapparat über den Kernspintomographen bis hin zum Zahnarztbohrer werden mit elektrischer Energie betrieben.
Elektrischer Strom wird zumeist zentral in Kraftwerken erzeugt und über das Stromnetz an die Haushalte verteilt. Aus ökologischen Gründen wird aber auch zunehmend dezentrale Stromgewinnung, z.B. mittels Photovoltaikanlagen auf privaten Dächern, gefördert. Wichtige Einrichtungen (z.B. Krankenhäuser) sind mit Notstromaggregaten ausgestattet, damit auch bei einem Stromausfall der Betrieb weitergehen kann. Ist eine permanente Verbindung mit dem Stromnetz nicht möglich, z.B. bei Autos oder mobilen Geräten, so muß der Strom entweder zwischengespeichert (mittels Batterien oder Akkumulatoren), oder direkt im Gerät erzeugt werden (z.B. mittels kleiner Solarzellen für Taschenrechner, oder mittels Brennstoffzellen).
Der umgangssprachliche Ausdruck "Strom verbrauchen" ist technisch gesehen nicht richtig, da der Strom, der in ein Gerät hineinfließt, auch wieder hinausfließt. In der Tat ist es beim üblichen Haushaltsstrom (230V Wechselstrom) sogar so, dass die Elektronen nur im Leiter ein kleines Stück hin- und her "wackeln", ohne dass tatsächlich eine nennenswerte Anzahl von Elektronen aus der Leitung ins Gerät fließt. Was tatsächlich verbraucht wird, ist elektrische Energie. Dementsprechend wird der "Stromverbrauch" auch in der Energieeinheit Kilowattstunde, und nicht in der Stromeinheit Ampére abgerechnet.
Neben der Energieversorgung spielt der elektrische Strom auch für die technische Kommunikation eine wesentliche Rolle. So basiert das Telefonnetz zumindest am Teilnehmeranschluß bis heute auf elektrischer Signalübertragung. Dies gilt auch für moderne Datenübertragungstechniken wie DSL. Allerdings ist das eigentliche Telefonnetz heutzutage größtenteils schon auf Glasfaser umgestellt. Ebenfalls auf elektrischen Signalen basiert das Kabelfernsehen.
Die Kommunikation mittels elektromagnetischer Wellen basiert zwar nicht direkt auf elektrischem Strom, aber das Aussenden und Empfangen der Wellen ist prinzipiell nur über elektrische Anlagen möglich.
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