Glossar

Elektrische Ladung

Elektrische Vorgänge beruhren auf der Anwesenheit elektrischer Ladungen. Deshalb unterscheidet man positive Ladungen1) und negative Ladungen2). Bewegte Ladungen bilden einen elektrischen Strom. Die Einheit für Ladungen ist Coulomb(Formelzeichen C). Sie wird berechnet durch:
Q = I · t
Ein Coulomb entspricht einem Ampere, das eine Sekunde lang fließt:
1C = 1A · 1s


Trivia zu Elektronen und elektrischer Ladung:
Elektronenmasse: m[e] = 9,11 · 10^-31 kg
Elektronenladung: e = -1,6 · 10^-19 As
Protonenmasse(entspricht auch etwa Neutronenmasse): m[p] = 1,67 · 10^-27 kg
Protonenladung(e3)=0): e = 1,6 · 10^-19 As

Stromstärke bzw. elektrischer Strom

Unter Strom versteht man das Fließen von elektrischen Ladungen. In metallischen Leitern bilden negative Elektronen den Stromfluss, in Flüssigkeiten und Halbleitern können auch positive Ionen den Stromfluss bilden. Aus historischen Gründen ist die technische Stromrichtung entgegengesetzt der Fließrichtung der Elektronen bzw. die Stromrichtung verläuft außerhalb des Stromkreises vom Pluspol zum Minuspol. Das Formelzeichen für Strom ist I. Strom wird gemessen in Ampere[A]. Da man mit fließen eine Bewegung meint, ist Strom die Bewegung von elektrischen Ladungen durch die Zeit:
I = {delta Q} / {delta t}
bzw.
[I] = {C} / {s} = {As} / {s} = A

Stromdichte

Der Strom I, bezogen auf einen gleichmäßig durchströmten Querschnitt A, heißt Stromdichte J. Die Stromdichte wird in A/mm² bzw. A/m² gemessen. Ein elektrischer Strom in beliebig geformten Leitern kann keine Richtung zugeordnet werden. Dieser Strom ist ein Skalar. Die Stromdichte hingegen ist ein Vektor. Die zulässige Stromdichte hängt von der Kühlung des Leiters ab.
J = {I} / {A}
[J] = {A} / {mm²}
bzw.
[J] = {A} / {m²}

Spannung

Spannung ist das, was entsteht wenn man elektrische Ladungen (räumlich) trennt. Beim Trennen von elektrischen Ladungen durch das Zuführen von äußerer Energie erhalten die elektrischen Ladungen ein gewisses Arbeitspotenzial. Die Potenzialdifferenz ist die elektrische Spannung. Im Raum zwischen verschiedenen Ladungen herrscht ein elektrisches Feld, welches man durch Feldlinien darstellen kann. Dieses Feld übt Kräfte auf die elektrischen Ladungen aus. Die Kraft pro Ladung(seinheit) heißt Feldstärke.
Das Formelzeichen für die Spannung ist U. Die Einheit ist Volt(V).
Das Formelzeichen für Potenzial ist Phi(Phi).

Spannung und Potenzial: Uab = Phi a - Phi b
Spannung und Feldstärke: Uab = E · s allgemein: Uab = int{a}{b}Ē * ds
Spannung und Energie: U = {W} / {Q}
Kraft und Feldstärke: E = {F} / {Q}

Spezifischer Widerstand

Ein Material mit einem sehr geringen Widerstand eignet sich besonders für das Leiten von Strom. Alle Metalle sind Leiter. Grundsätzlich gilt dort die Faustregel: Je edler desto besser. Halbleiter sind Nicht-Metalle, die ebenfalls teilweise den Strom mehr oder minder gut leiten. Zusätzlich kann Strom durch Flüssigkeiten mit positiven oder negativen Ionen fließen. Jedes Material hat dementsprechend einen eigenen Widerstand. Dieser Widerstand ist abhängig von:

  • Temperatur
  • Leiterlänge
  • Leiterquerschnitt
  • Material

Rho(rho) gibt den spezifischen Widerstand eines Materials bei 24°C auf 1m Länge und 1mm² Leiterquerschnitt an. Der Physiker Simon Bohr entdeckte, dass Strom proportional zum Querschnitt zunahm und proportional zur Länge abnahm und das die Werkstoffeigenschaften einen anderen großen Einfluss hatten.
[R] = {rho · l} / {A} = {{Ω · mm²} / {m} · m} / {mm²} = Ω

Ohmsches Gesetz

Das ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand und ist allgemein gültig und bewiesen. Es lautet:
[I] = {V} / {Ω} = A
[R] = {V} / {A} = Ω
[U] = A · Ω = V

1) Quellen
2) Senken
3) Neutron