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Elektrische Stromstärke Physikalische GrößeName elektrische StromstärkeFormelzeichen I displaystyle I Größen undEinheite

Elektrische Stromstärke

Physikalische Größe
Name elektrische Stromstärke
Formelzeichen
Größen- und
Einheitensystem 		Einheit Dimension
SI A I
Gauß, esE (cgs) statA = Fr·s−1 L3/2·M1/2·T−2
emE (cgs) Bi L1/2·M1/2·T−1
Planck Planck-Strom Q·T−1

Die elektrische Stromstärke (veraltet auch Stromintensität) ist eine physikalische Größe aus der Elektrizitätslehre, die den elektrischen Strom bemisst. Die Stromstärke bezieht sich immer auf eine geeignet gewählte orientierte Fläche, beispielsweise die Querschnittsfläche eines Leiters (Konvektionsstrom) oder den Querschnitt eines Kondensators (Verschiebungsstrom). Im einfachsten Fall eines konstanten Stromflusses ist die Stromstärke die durch den Querschnitt geflossene und auf die betrachtete Zeitspanne bezogene Ladungsmenge.

Die Stromstärke ist eine Basisgröße des internationalen Einheitensystems (SI) und wird darin in der Maßeinheit Ampere mit dem Einheitenzeichen A angegeben. Ihr Formelzeichen ist das (von französisch intensité du courant); zur Kennzeichnung einer Zeitabhängigkeit wird für den Augenblickswert der Kleinbuchstabe verwendet.

Beim sinusförmigen Wechselstrom, wie er für die praktische elektrische Energieversorgung am häufigsten verwendet wird, ist der zeitliche Mittelwert der Stromstärke null – unabhängig vom Scheitelwert als maximalen Augenblickswert der Stromstärke. Der Effektivwert der Stromstärke ist bei zeitlich periodischen Strömen konstant und wird ebenfalls mit dem Formelzeichen angegeben.

In der elektro-hydraulischen Analogie entspricht die elektrische Stromstärke dem Volumenstrom eines Fluids in der Rohrleitung.

Zusammenhänge, die zur Definition genutzt werden können Bearbeiten

Für einen zeitlich konstanten Ladungsfluss gilt

mit der Ladungsmenge , die in der Zeitspanne durch eine orientierte Fläche hindurchtritt.

Bei zeitlich veränderlicher Stromstärke liefert diese Beziehung den Mittelwert der Stromstärke während der Dauer . Hier gibt man aber statt eines Mittelwertes eher den Augenblickswert an:

Strom in einem Leiter mit der Querschnittsfläche

Die flächenbezogene Stromstärke wird als Stromdichte bezeichnet, ist das zugehörige Flächenelement. Mit ihr lässt sich die Stromstärke schreiben als:

Wenn die Stromdichte gleichmäßig über die Querschnittsfläche verteilt ist, was bei Gleichstrom durch einen homogenen Leiter erfüllt ist, dann vereinfacht sich diese Beziehung zu bzw. bei senkrecht durchflossener Fläche zu oder , je nach Orientierung der Fläche.

Richtung bzw. Vorzeichen Bearbeiten

Die Richtung des elektrischen Stroms ist definiert als die Richtung, in der sich positive elektrische Ladung bewegt. Bei negativen Ladungsträgern, beispielsweise bei Elektronen, ist die „positive“ Stromrichtung entsprechend entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung dieser Ladungsträger.

In vielen Darstellungen elektrischer Schaltungen werden Zählpfeile parallel oder antiparallel zur Bewegungsrichtung verwendet. Ihre Richtung ist im Prinzip willkürlich. Da die Stromstärke eine skalare Größe ist, legen die Pfeile bei Gleichstrom lediglich das Vorzeichen der Stromstärke fest: Bei Übereinstimmung der Stromrichtung mit der Pfeilrichtung ist die Stromstärke positiv. Auch bei Wechselstrom können Pfeile sinnvoll sein, wenn sie die Richtung des Energieflusses kennzeichnen sollen.

Messung Bearbeiten

Zur Strommessung muss der zu messende Strom durch das Messgerät fließen. Es wird daher zum Verbraucher in Reihe geschaltet.

Digitaltechnische Strommessgeräte sind in der Regel in ihrem Grundaufbau Spannungsmessgeräte, die den Spannungsabfall über einem eingebauten oder externen Messwiderstand (Shunt) messen. Analogtechnische Strommessgeräte nutzen verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aus:

Größenordnung Bearbeiten

„Natürliche“ Stromstärken auf der Erde reichen von einem Pikoampere durch einen Natriumkanal bis zu über hundert Kiloampere in Blitzen. Beispiele aus dem Alltag sind der Ladestrom eines Handy-Akkus (Größenordnung 2 A) und der Strom pro Pixel (Größenordnung 1 µA). Bei einem Mikroampere fließen etwa sechs Billionen Elementarladungen pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt.

An Potentialbarrieren für die Ladungsträger tritt bei kleinen Stromstärken Schrotrauschen auf. Sehr kleine Stromstärken kann man durch Abzählen der Ladungsträger messen bzw. gezielt erzeugen. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrische Ladung und damit die Spannung eines Kondensators eine Quantelung zeigt, falls in eine der Zuleitungen eine Barriere eingebaut wird, durch die die Leitungselektronen einzeln tunneln (in einem Leiter ohne Tunnelbarriere ändern sich und kontinuierlich).

Weblinks Bearbeiten

Wikibooks: Der elektrische Strom – Eigenschaften und Wirkungen: Teil I – Lern- und Lehrmaterialien
Wiktionary: Stromstärke – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Wilhelm Weber, Heinrich Weber: Wilhelm Weber’s Werke. Band 3. Springer, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-662-24693-1, S. 610 (google.de).
  2. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band II, Elektrizitätslehre. 4. Auflage. Walter de Gruyter & Co., Berlin 1961, S. 123.
  3. DIN 5483-2 Zeitabhängige Größen – Teil 2: Formelzeichen. 1982.
  4. IEC 60050, siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE: Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch Eintrag 131-11-29
  5. DIN 40110-1:1994 Wechselstromgrößen, Kap. 3.1.
  6. Leonhard Stiny: Aktive elektronische Bauelemente: Aufbau, Struktur, Wirkungsweise, Eigenschaften und praktischer Einsatz diskreter und integrierter Halbleiter-Bauteile. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2015, ISBN 978-3-658-09153-8, S. 260 (google.de).
  7. Ernst O. Goebel, Uwe Siegner: Quantum Metrology: Foundation of Units and Measurements. Wiley-VCH 2015, ISBN 9783527680924, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Physikalische GrosseName elektrische StromstarkeFormelzeichen I displaystyle I Grossen undEinheitensystem Einheit DimensionSI A IGauss esE cgs statA Fr s 1 L3 2 M1 2 T 2emE cgs Bi L1 2 M1 2 T 1Planck Planck Strom Q T 1Die elektrische Stromstarke veraltet auch Stromintensitat 1 2 ist eine physikalische Grosse aus der Elektrizitatslehre die den elektrischen Strom bemisst Die Stromstarke bezieht sich immer auf eine geeignet gewahlte orientierte Flache beispielsweise die Querschnittsflache eines Leiters Konvektionsstrom oder den Querschnitt eines Kondensators Verschiebungsstrom Im einfachsten Fall eines konstanten Stromflusses ist die Stromstarke die durch den Querschnitt geflossene und auf die betrachtete Zeitspanne bezogene Ladungsmenge Die Stromstarke ist eine Basisgrosse des internationalen Einheitensystems SI und wird darin in der Masseinheit Ampere mit dem Einheitenzeichen A angegeben Ihr Formelzeichen ist das I displaystyle I von franzosisch intensite du courant zur Kennzeichnung einer Zeitabhangigkeit wird fur den Augenblickswert der Kleinbuchstabe i displaystyle i verwendet 3 Beim sinusformigen Wechselstrom wie er fur die praktische elektrische Energieversorgung am haufigsten verwendet wird ist der zeitliche Mittelwert der Stromstarke null unabhangig vom Scheitelwert als maximalen Augenblickswert der Stromstarke Der Effektivwert der Stromstarke ist bei zeitlich periodischen Stromen konstant und wird ebenfalls mit dem Formelzeichen I displaystyle I angegeben In der elektro hydraulischen Analogie entspricht die elektrische Stromstarke dem Volumenstrom Q displaystyle Q eines Fluids in der Rohrleitung Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenhange die zur Definition genutzt werden konnen 2 Richtung bzw Vorzeichen 3 Messung 4 Grossenordnung 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseZusammenhange die zur Definition genutzt werden konnen BearbeitenFur einen zeitlich konstanten Ladungsfluss gilt I D Q D t displaystyle I frac Delta Q Delta t nbsp mit der Ladungsmenge D Q displaystyle Delta Q nbsp die in der Zeitspanne D t displaystyle Delta t nbsp durch eine orientierte Flache A displaystyle A nbsp hindurchtritt Bei zeitlich veranderlicher Stromstarke liefert diese Beziehung den Mittelwert der Stromstarke wahrend der Dauer D t displaystyle Delta t nbsp Hier gibt man aber statt eines Mittelwertes eher den Augenblickswert an I t lim D t 0 D Q t D t d Q d t Q displaystyle I t lim Delta t to 0 frac Delta Q t Delta t frac mathrm d Q mathrm d t dot Q nbsp nbsp Strom in einem Leiter mit der Querschnittsflache A displaystyle A nbsp Die flachenbezogene Stromstarke wird als Stromdichte J displaystyle vec J nbsp bezeichnet d A displaystyle mathrm d vec A nbsp ist das zugehorige Flachenelement Mit ihr lasst sich die Stromstarke schreiben als I A J d A displaystyle I int limits A vec J cdot mathrm d vec A nbsp Wenn die Stromdichte gleichmassig uber die Querschnittsflache verteilt ist was bei Gleichstrom durch einen homogenen Leiter erfullt ist dann vereinfacht sich diese Beziehung zu I J A displaystyle I vec J cdot vec A nbsp bzw bei senkrecht durchflossener Flache zu I J A displaystyle I JA nbsp oder I J A displaystyle I JA nbsp je nach Orientierung der Flache Siehe auch Maxwell Gleichungen und Physikalische Zusammenhange im Artikel Elektrischer Strom Richtung bzw Vorzeichen Bearbeiten Hauptartikel Elektrische Stromrichtung Die Richtung des elektrischen Stroms ist definiert als die Richtung in der sich positive elektrische Ladung bewegt 4 Bei negativen Ladungstragern beispielsweise bei Elektronen ist die positive Stromrichtung entsprechend entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung dieser Ladungstrager In vielen Darstellungen elektrischer Schaltungen werden Zahlpfeile parallel oder antiparallel zur Bewegungsrichtung verwendet Ihre Richtung ist im Prinzip willkurlich Da die Stromstarke eine skalare Grosse ist legen die Pfeile bei Gleichstrom lediglich das Vorzeichen der Stromstarke fest Bei Ubereinstimmung der Stromrichtung mit der Pfeilrichtung ist die Stromstarke positiv Auch bei Wechselstrom konnen Pfeile sinnvoll sein wenn sie die Richtung des Energieflusses kennzeichnen sollen 5 Messung Bearbeiten Hauptartikel Strommessgerat Zur Strommessung muss der zu messende Strom durch das Messgerat fliessen Es wird daher zum Verbraucher in Reihe geschaltet Digitaltechnische Strommessgerate sind in der Regel in ihrem Grundaufbau Spannungsmessgerate die den Spannungsabfall uber einem eingebauten oder externen Messwiderstand Shunt messen Analogtechnische Strommessgerate nutzen verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aus chemische Wirkung im Silbercoulometer inzwischen nicht mehr verwendet thermische Wirkung im Hitzdrahtmesswerk inzwischen nicht mehr verwendet Thermoumformer und in Bimetallfuhlern in der Regel nicht mit einer Anzeige sondern mit Schaltfunktion wie in Uberstromschutzeinrichtungen und bei der Temperaturregelung im Bugeleisen magnetische Wirkung im Drehspulmesswerk fur Gleichstrom und im Dreheisenmesswerk auch fur den Effektivwert von Wechselstrom Es gibt verschiedene weitere Stromsensoren welche auf der magnetischen Wirkung basieren Grossenordnung Bearbeiten Hauptartikel Liste von Grossenordnungen der elektrischen Stromstarke und Elektrischer Strom im Alltag Naturliche Stromstarken auf der Erde reichen von einem Pikoampere durch einen Natriumkanal bis zu uber hundert Kiloampere in Blitzen Beispiele aus dem Alltag sind der Ladestrom eines Handy Akkus Grossenordnung 2 A und der Strom pro Pixel Grossenordnung 1 µA Bei einem Mikroampere fliessen etwa sechs Billionen Elementarladungen pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt An Potentialbarrieren fur die Ladungstrager tritt bei kleinen Stromstarken Schrotrauschen auf 6 Sehr kleine Stromstarken kann man durch Abzahlen der Ladungstrager messen bzw gezielt erzeugen Dabei wird ausgenutzt dass die elektrische Ladung und damit die Spannung U Q C displaystyle textstyle U Q C nbsp eines Kondensators eine Quantelung zeigt falls in eine der Zuleitungen eine Barriere eingebaut wird durch die die Leitungselektronen einzeln tunneln in einem Leiter ohne Tunnelbarriere andern sich Q displaystyle Q nbsp und U displaystyle U nbsp kontinuierlich 7 Weblinks Bearbeiten nbsp Wikibooks Der elektrische Strom Eigenschaften und Wirkungen Teil I Lern und Lehrmaterialien nbsp Wiktionary Stromstarke Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten Wilhelm Weber Heinrich Weber Wilhelm Weber s Werke Band 3 Springer Berlin Heidelberg 2013 ISBN 978 3 662 24693 1 S 610 google de Ludwig Bergmann Clemens Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik Band II Elektrizitatslehre 4 Auflage Walter de Gruyter amp Co Berlin 1961 S 123 DIN 5483 2 Zeitabhangige Grossen Teil 2 Formelzeichen 1982 IEC 60050 siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE Internationales Elektrotechnisches Worterbuch Eintrag 131 11 29 DIN 40110 1 1994 Wechselstromgrossen Kap 3 1 Leonhard Stiny Aktive elektronische Bauelemente Aufbau Struktur Wirkungsweise Eigenschaften und praktischer Einsatz diskreter und integrierter Halbleiter Bauteile Springer Fachmedien Wiesbaden 2015 ISBN 978 3 658 09153 8 S 260 google de Ernst O Goebel Uwe Siegner Quantum Metrology Foundation of Units and Measurements Wiley VCH 2015 ISBN 9783527680924 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Die SI Basisgrossen und ihre Einheiten Zeit Sekunde Lange Meter Masse Kilogramm Stromstarke Ampere Temperatur Kelvin Stoffmenge Mol Lichtstarke Candela Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Elektrische Stromstarke amp oldid 230555630