Grundlagen der Elektrizität: Spannung, Strom und Schaltungen

Grundbegriffe der Elektrizität

Spannung (U, Volt)

Die Spannung ist die Energie, mit der ein Generator Elektronen durch einen Stromkreis schieben kann.

Stromstärke (I, Ampere)

Die Stromstärke (Intensität) ist die Anzahl der elektrischen Ladungen, die pro Zeiteinheit durch den Stromkreis fließen.

Widerstand (R, Ohm)

Der Widerstand ist die Schwierigkeit, die dem Durchgang des elektrischen Stroms durch ein Material entgegensteht.

Leistung (P, Watt)

Die Leistung ist die Fähigkeit eines Verbrauchers, seine Aufgaben besser und/oder schneller zu erfüllen.

Wichtige elektrische Formeln

• Ohm’sches Gesetz: I = U / R
• Leistung: P = U · I

Schaltungsarten

Reihenschaltung (Serienschaltung)

Wenn die Elemente nacheinander verbunden sind, zirkuliert die gleiche Stromstärke, während sich die Spannung verteilt.

Parallelschaltung

Der Strom teilt sich zwischen den Elementen auf und vereinigt sich am Ausgang wieder. Es liegt die gleiche Spannung an, während sich die Stromstärke verteilt.

Messung elektrischer Größen

Zur Messung elektrischer Größen werden folgende Instrumente verwendet:

• Voltmeter: Wird parallel geschaltet (misst Spannung).
• Amperemeter: Wird in Reihe geschaltet (misst Stromstärke).
• Ohmmeter: Wird parallel geschaltet, ohne anliegende Spannung (misst Widerstand).
• Wattmeter: Misst die Leistung (Strom).

Auswirkungen des elektrischen Stroms

Thermische Wirkung (Joule-Effekt)

Wenn die Stromstärke erhöht wird, entsteht Wärme (z. B. in E-Herden oder Backöfen).

Kurzschluss

Ein Kurzschluss tritt auf, wenn die elektrische Energie von einem Pol zum anderen gelangt, ohne einen Widerstand zu durchlaufen. Die Wärmeenergie fließt so leicht, dass die betroffene Strecke brennen kann.

Schutz durch Sicherungen

Die Sicherungen werden verwendet, um die zerstörerischen Wirkungen des Kurzschlusses zu vermeiden. Sie sind ältere Schutzelemente. Sie bestehen aus einem Leiter mit niedrigem Schmelzpunkt und werden am Anfang der elektrischen Anlage oder neben dem zu schützenden Gerät platziert. Wenn ein Kurzschluss auftritt, schmelzen die Sicherungen aufgrund der steigenden Temperatur, wodurch der Stromkreis geöffnet wird. Dies stoppt den Stromfluss und verhindert weitere Folgen.

Magnetische Wirkung

Jede stromdurchflossene Leitung erzeugt ein Magnetfeld, das kreisförmig ist und schwächer wird, je weiter man sich entfernt.

Die Spule

Eine Spule entsteht, wenn ein elektrischer Leiter spiralförmig um sich selbst oder neben einem anderen gewickelt wird.

Der Elektromagnet

Wird im Inneren der Spule ein Eisenkern platziert, wird dieser durch den elektrischen Strom in der Spule magnetisiert. Das Magnetfeld wird durch den Kern viel intensiver. Ein Elektromagnet ist ein temporärer künstlicher Magnet; er wirkt nur, solange Strom durch die aus Kupferspule und Eisenkern gebildete Anordnung fließt.