Stromstärke: verstehen und üben

Lernschritt 1

Was beschreibt die Stromstärke?

Stelle dir eine gedachte Schnittfläche durch einen Draht vor. Die elektrische Stromstärke I beschreibt, wie viel elektrische Ladung diese Fläche pro Zeit gerichtet passiert. Es geht also nicht darum, wie viele Elektronen insgesamt im Draht vorhanden sind, sondern um den Ladungstransport durch eine bestimmte Stelle.

Vergleiche zwei Fälle: In beiden misst du genau zwei Sekunden lang. Einmal werden 6 C Ladung transportiert, einmal 12 C. Im zweiten Fall ist die Stromstärke doppelt so groß. Verteilt sich dieselbe Ladungsmenge dagegen auf die doppelte Zeit, ist die mittlere Stromstärke nur halb so groß.

Die Einheit heißt Ampere, abgekürzt A. Das Formelzeichen I ist ein großes i. Verwechsle es nicht mit der Ziffer 1 oder mit dem Einheitenzeichen A. Die elektrische Ladung Q wird in Coulomb (C), die Zeit t in Sekunden (s) angegeben.

Hier rechnen wir mit positiven Beträgen für einen gewählten Stromweg. Ein Vorzeichen kann zusätzlich anzeigen, ob der Strom in die festgelegte Bezugsrichtung oder dagegen fließt.

Lernschritt 2

Ausprobieren: Mehr Ladung in derselben Zeit

Schalte zwischen beiden Fällen um. Was bleibt gleich? Die Messdauer von 2 s. Was ändert sich? Die transportierte Ladung steigt von 6 C auf 12 C. Daher steigt die Stromstärke von 3 A auf 6 A.

Die Punkte sind gedachte Ladungspakete, keine maßstabsgetreue Darstellung eines Drahtes. Ein Coulomb entspricht dem Betrag der Ladung von ungefähr 6,24 · 10¹⁸ Elektronen. Dass die Pakete nebeneinander liegen, sagt nichts über reale Elektronenabstände oder ihre Geschwindigkeit aus.

Lernschritt 3

Mit I, Q und t rechnen

Bei gleichbleibender Stromstärke gilt I = Q geteilt durch t. Wenn die Stromstärke während der Messung schwankt, liefert diese Rechnung den Mittelwert über das Zeitintervall. Q ist dabei die in diesem Intervall transportierte Ladung.

Beispiel 1 – Stromstärke: In 30 s passieren 12 C einen Leiterquerschnitt. Gesucht ist I.

I = 12 C30 s = 0,40 A

Pro Sekunde werden im Mittel 0,40 C transportiert. Die Probe lautet: 0,40 A · 30 s = 12 C.

Beispiel 2 – Ladung: Ein konstanter Strom von 0,25 A fließt 2 min lang. Zuerst die Zeit umrechnen: 2 min = 120 s.

Q = 0,25 A · 120 s = 30 C

Der häufige Fehler 0,25 · 2 = 0,50 entsteht, wenn Minuten unverändert in die Rechnung mit Ampere eingesetzt werden. Ampere bedeutet Coulomb pro Sekunde; deshalb müssen die Zeiteinheiten zusammenpassen.

Lernschritt 4

Ampere und Milliampere sicher umrechnen

„Milli“ bedeutet ein Tausendstel. Kleine Stromstärken werden deshalb häufig in Milliampere (mA) angegeben. Zum Wechsel von A nach mA multiplizierst du die Zahl mit 1 000. Zurück nach A teilst du durch 1 000.

Beispiel: Eine Anzeige zeigt 80 mA. Das sind 0,080 A. Bei dieser konstanten Stromstärke werden in 10 s insgesamt 0,080 A · 10 s = 0,80 C transportiert.

Schreibe Einheit und Zahlenwert gemeinsam auf. Die Aussage „Der Strom ist 250“ ist unvollständig. 250 mA und 250 A unterscheiden sich um den Faktor 1 000. Prüfe außerdem, ob das Display Ampere, Milliampere oder Mikroampere anzeigt.

Lernschritt 5

Stromstärke messen: Amperemeter in Reihe

Ein Amperemeter muss von genau dem Strom durchflossen werden, den du messen möchtest. Deshalb wird der betrachtete Stromweg aufgetrennt und das Messgerät in Reihe eingefügt. „In Reihe“ bedeutet: Die Ladung durchquert nacheinander Messgerät und Lampe.

Ein ideales Amperemeter hat keinen elektrischen Widerstand. Ein reales besitzt einen kleinen Widerstand, damit es den Strom möglichst wenig verändert. Gerade deshalb darfst du ein Strommessgerät nicht direkt zwischen die Pole einer Batterie anschließen: Es kann einen Kurzschluss verursachen.

1. Die Spannungsquelle vor dem Umbau abschalten oder trennen.
2. Am Gerät die passende Gleichstromfunktion und Strommessbuchse wählen; Anleitung und betreuende Person beachten.
3. Mit einem ausreichend großen zulässigen Messbereich beginnen und das Messgerät in Reihe einfügen.
4. Nach der Kontrolle einschalten, Anzeige samt Einheit ablesen und gegebenenfalls einen geeigneten feineren Bereich wählen.

Diese Schritte gehören zu angeleiteten Versuchen mit geeigneter Kleinspannung. Niemals an Steckdosen messen. Ein Multimeter muss für Strommessung anders angeschlossen werden als für Spannungsmessung; nur den Drehschalter umzustellen genügt oft nicht.

Lernschritt 6

Wird Strom in einer Lampe verbraucht?

In einem stationären unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke an jeder Stelle gleich. Vor der Lampe werden pro Sekunde genauso viele Coulomb transportiert wie hinter ihr. Wäre das dauerhaft anders, müsste sich im Bauteil immer mehr Ladung ansammeln oder daraus verschwinden.

Die Lampe wandelt elektrische Energie in Licht und Wärme um. Sie verbraucht keine Ladung. Wenn vor der Lampe 0,20 A gemessen werden, müssen unter diesen Bedingungen auch hinter ihr 0,20 A fließen.

An einer Verzweigung kann sich der Strom auf mehrere Wege verteilen. Dann vergleicht man nicht jeden Teilstrom mit dem gesamten Strom, sondern addiert die Teilströme. Beispiel: 0,50 A teilen sich in 0,20 A und 0,30 A auf. Insgesamt bleibt der Ladungstransport ausgeglichen. Reihen- und Parallelschaltungen vertiefen diesen Zusammenhang später.

Lernschritt 7

Messwerte begründen statt nur ablesen

Aufgabe mit wechselndem Strom: In den ersten 10 s fließen konstant 0,20 A, in den nächsten 10 s konstant 0,40 A. Die transportierten Ladungen betragen 2 C und 4 C. Zusammen sind es 6 C in 20 s, also im Mittel 0,30 A. Dieser Mittelwert behauptet nicht, dass die Anzeige zu jedem Zeitpunkt 0,30 A war.

Fehlerdetektiv: „Hinter der Lampe messe ich weniger Strom, weil sie etwas davon verbraucht.“ Die Begründung ist falsch. Prüfe bei einem unverzweigten Kreis stattdessen Messbereich, Einheit, Kontakte und ob sich während der Messungen etwas am Aufbau verändert hat.

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