Physik · Klasse 7–8 · aktualisiert
Elektrische Stromstärke: Formel und Messung
Wie viel Ladung fließt pro Zeit? Hier lernst du Ampere, die Stromrichtung und den sicheren Anschluss eines Amperemeters.
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Kurz gesagt
Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel Ladung pro Zeit einen Leiterquerschnitt passiert. Bei gleichmäßigem Fluss gilt I=\Delta Q/\Delta t; sonst erhältst du damit den Mittelwert. Die Einheit ist Ampere. Ein Amperemeter wird in Reihe eingesetzt.
Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel elektrische Ladung in einer bestimmten Zeit durch einen Leiterquerschnitt fließt. Ihr Formelzeichen ist I, ihre Einheit Ampere (\mathrm A).
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. In einem metallischen Leiter sind diese Ladungsträger Elektronen. Stell dir eine gedachte Fläche quer durch den Leiter vor. Die Stromstärke beschreibt, wie viel Ladung diese Fläche pro Zeit passiert. Das Zeichen \Delta kennzeichnet hier die betrachtete Ladungsmenge beziehungsweise Zeitspanne. Fließt in derselben Zeit mehr Ladung durch den Querschnitt, ist die mittlere Stromstärke größer. Schon bei 1\,\mathrm A passieren sehr viele einzelne Ladungsträger pro Sekunde den Querschnitt.
Definition
Elektrische Stromstärke
Bei gleichmäßigem Ladungsfluss ist die elektrische Stromstärke I die durch einen Leiterquerschnitt transportierte Ladung \Delta Q geteilt durch die dafür benötigte Zeit \Delta t. Bei veränderlichem Fluss ist das Ergebnis die mittlere Stromstärke im Zeitintervall. I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}
Merke: 1\,\mathrm A = 1\,\mathrm{C}/\mathrm s: Ein Ampere bedeutet, dass pro Sekunde eine Ladung von einem Coulomb den Querschnitt passiert.
Teste dich
Bei gleichmäßigem Ladungsfluss verwendest du:
I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}
Setze die Ladung in Coulomb und die Zeit in Sekunden ein. Das Ergebnis ist die Stromstärke in Ampere. Wenn sich der Fluss während des Zeitintervalls ändert, berechnest du so den Mittelwert. Minuten musst du zuerst in Sekunden umrechnen. Kleinere oder größere Einheiten stehen in der Tabelle.
Die technische Stromrichtung ist als Bewegungsrichtung positiver Ladung festgelegt. Sie zeigt im äußeren Stromkreis vom Pluspol zum Minuspol. In metallischen Leitern bewegen sich dagegen negative Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Die Richtungen beschreiben dieselbe Situation aus verschiedenen Sichtweisen.
Beispiel
- 1Durch einen Leiterquerschnitt fließen 300\,\mathrm{C} in 1\,\mathrm{min}. Gesucht ist die mittlere Stromstärke in dieser Minute.
- 2Die Zeit wird umgerechnet: 1\,\mathrm{min}=60\,\mathrm{s}.
- 3Setze Ladung und Zeit mit ihren Einheiten ein:
- 4I=\frac{300\,\mathrm{C}}{60\,\mathrm{s}}=5\,\mathrm{A}
- 5Im Mittel passieren damit pro Sekunde 5\,\mathrm{C} Ladung den Querschnitt.
| Einheit | Wert in Ampere |
|---|---|
| 1\,\mu\mathrm A | 10^{-6}\,\mathrm A |
| 1\,\mathrm{mA} | 10^{-3}\,\mathrm A |
| 1\,\mathrm{kA} | 10^3\,\mathrm A |
Merke: Technische Stromrichtung: Plus \rightarrow Minus. Elektronenbewegung im Metall: Minus \rightarrow Plus.
Teste dich
Damit ein Amperemeter die Stromstärke misst, muss der zu messende Strom durch das Gerät fließen. Deshalb wird es in Reihe zum Verbraucher eingesetzt. Verwende für Schülerversuche nur Batterien bis 9\,\mathrm{V}. Schalte die Quelle vor jedem Umbau aus. Schließe das Amperemeter weder parallel zum Verbraucher noch direkt an die Quelle an. Sonst kann ein großer Strom das Messgerät beschädigen.
Durch Verbraucher und Amperemeter fließt in dieser Reihenschaltung derselbe Strom. Die Helligkeit einer Lampe kann eine Stromänderung anzeigen. Sie liefert aber keinen Messwert in Ampere.
Ändert sich die Stromstärke im betrachteten Zeitraum, verteilt \Delta Q/\Delta t die gesamte transportierte Ladung rechnerisch gleichmäßig auf diese Zeit. Das Ergebnis ist die mittlere Stromstärke. Ein Messgerät kann dagegen auch anzeigen, wie groß die Stromstärke gerade ist.
Beispiel: Amperemeter in den Stromweg einsetzen
- 1Spannungsquelle ausschalten.
- 2Stromkreis an der Messstelle auftrennen.
- 3Amperemeter in die entstandene Unterbrechung einsetzen.
- 4Spannungsquelle einschalten und die Stromstärke in Ampere oder einer passenden Untereinheit ablesen.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Elektrische Stromstärke
Bedeutung
Ladung pro Zeit; Formelzeichen I
Berechnung
Bei gleichmäßigem Fluss I=\Delta Q/\Delta t; Ampere = Coulomb pro Sekunde
Richtung
technisch: Plus nach Minus; Elektronen: Minus nach Plus
Messung
Quelle vor dem Umbau ausschalten; Amperemeter in Reihe; gleicher Strom durch Gerät und Verbraucher
Veränderlicher Strom
Ladung geteilt durch Zeit ergibt den Mittelwert im Zeitintervall
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Ladungsfluss durch einen Leiter
- 1Durch einen Leiterquerschnitt fließen 48\,\mathrm{C} in 16\,\mathrm{s}. Gesucht ist die mittlere Stromstärke in dieser Zeit.
- 2Es gilt I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}.
- 3I=\frac{48\,\mathrm{C}}{16\,\mathrm{s}}=3\,\mathrm{A}.
- 4Pro Sekunde passieren damit im Mittel 3\,\mathrm{C} den Querschnitt.
Fehler finden
Minuten vor dem Einsetzen umrechnen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die Zeit wurde trotz richtiger Umrechnung als 2\,\mathrm{s} eingesetzt. Richtig ist I=\frac{84\,\mathrm{C}}{120\,\mathrm{s}}=0{,}7\,\mathrm{A}.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei Q=300\,\mathrm C und t=1\,\mathrm{min} wandelst du die Zeit zuerst in um. Anschließend ergibt I=Q/t die Stromstärke . Ein Ampere bedeutet .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback