Mit Sicherheit hast du schonmal bemerkt, dass dein Smartphone unterschiedlich lange auflädt, je nachdem was für ein Ladegerät du nutzt. Das kannst du mithilfe der unterschiedlichen Stromstärken erklären, die je nach Ladegerät variieren.
Doch was bedeutet denn Strom überhaupt, wie ist er definiert und wie misst du ihn? Das schauen wir uns in diesem Artikel genauer an.
Stromstärke - Definition
Wenn wir verstehen wollen, um was es sich bei der Stromstärke handelt, müssen wir zunächst über Ladungen sprechen.
Ladungen sind kleine geladene Teilchen wie Elektronen, die sich in leitenden Materialien, genannt Leiter, bewegen können. Durch ihre Bewegung in Leitern kommt es zum elektrischen Strom. Ein Beispiel für einen Leiter ist ein Stromkabel aus Kupfer.
Stromstärke als SI-Einheit
Nun kannst du dir vorstellen, dass je mehr Ladungen durch einen Leiter bewegt werden, desto höher ist der Ladungsfluss. Die Menge der Elementarladungen können wir mit der Einheit Coulomb messen. Eine Elementarladung entspricht dabei der Ladung eines Elektrons.
Die Stromstärke ist eine Beschreibung des Ladungsflusses, also wie viele Ladungen in einer Zeiteinheit durch einen Leiter fließen. Fassen wir also zusammen:
Die elektrische Stromstärke I ist definiert durch den Ladungsfluss in einem Leiter pro Zeit t. Die Menge der Elementarladungen (Ladung) Q können wir mit der Einheit Coulomb beschreiben.
Die Einheit der Stromstärke ist Ampere A. Ein Ampere ist ein Coulomb C durch eine Sekunde s. Dabei ist Ampere eine der sieben SI-Einheiten.
Die Stromstärke ist eine der sieben SI-Einheiten. Das heißt, dass sie eine der fundamentalen Größen der Physik ist. Die Einheit der Stromstärke ist durch die Naturkonstante der Elementarladung definiert und andere Einheiten berufen sich in ihrer Definition auf die bereits definierte Größe Ampere.
Je mehr Ladungen fließen, desto höher ist also der Strom. Jedoch musst du eine Besonderheit beachten: Die Richtung des technischen Stromflusses ist entgegengesetzt der Richtung des Ladungsflusses: während der technische Strom von Plus- zum Minuspol fließt, gehen die Elektronen im Stromkreis vom negativen zum positiven Pol.
Abb. 1: Technische vs. Physikalische Stromrichtung
Du weißt ja bereits, dass die Ladungen durch Leiter fließen. Diese Leiter haben jedoch auch einen Einfluss auf den Leitungsfluss und damit auf die Stromstärke.
Einfluss des Leiters auf die Stromstärke
Nun ist dir sicher klar: Wenn dein Handyladegerät mehr Strom liefern kann, dann lädt auch dein Handy schneller. Denn wenn ein höherer Strom fließt, fließen auch mehr Ladungen pro Sekunde durch den Leiter in dein Handy. Somit steht deinem Handy mehr elektrische Energie zur Verfügung um dein Handy zu laden. Aber nicht nur das Ladegerät, sondern auch das Ladekabel spielt eine Rolle, wie viel Strom fließen kann.
Verschiedene Ladekabel haben unterschiedliche Leiterquerschnitte. Auch die Länge deines Kabels hat einen Einfluss darauf, wie schnell dein Handy laden kann.
Denn dein Smartphone lädt schneller je mehr Strom in dein Handy fließt, also je nachdem wie hoch die Stromstärke ist, die an deinem Gerät ankommt. Wir erinnern uns daran, dass der Fluss der Ladungen äquivalent mit dem Stromfluss ist.
Bei kleinerem Leiterquerschnitt kannst du dir vorstellen, dass weniger Ladungen durch den Leiter in deinem Kabel passen, und es schwieriger wird für viele Ladungen durch das Kabel zu kommen. Auch bei zunehmender Kabellänge wird der Weg schwieriger für die Ladungen zurückzulegen, daher der geringere Ladungsfluss.
Diese Schwierigkeit der Ladungen durch den Leiter zu fließen, wird auch als elektrischer Widerstand bezeichnet. Mehr dazu kannst du in unserem Artikel zum Ohmschen Gesetz nachlesen.
Dementsprechend benötigen wir also bei höheren Stromstärken auch größere Leitungsquerschnitte.
Für höhere Stromstärken ist auch ein größerer Leiterquerschnitt erforderlich. Ein kleiner Leiterquerschnitt führt zu weniger Ladungsfluss und damit zu einer geringeren Stromstärke.
Schauen wir also mal verschiedene Kabel und deren Stromflüsse an:
Aufgabe 1
Bewachen wir drei verschiedene Stromleiter. Bei welchem dieser Stromleiter ist die Stromstärke am höchsten? Wir betrachten den Querschnitt der Leiter, also wie dick sie sind.
Ordne diese in aufsteigender Reihenfolge ein, du kannst hierbei vernachlässigen, dass die Stromleiter als Bündel aus mehreren Leitern vorkommen.
| Typ | Leiterquerschnitt |
| Kabel für die Steckdose | |
| Ladekabel für dein Handy | |
| Hochspannungsleitung | |
Lösung
An erster Stelle kommt die Hochspannungsleitung, da diese den höchsten Leiterquerschnitt hat und daher die höchste Stromstärke übertragen kann. Danach folgt das Kabel für die Steckdose, welcher mit seinem Leiterquerschnitt eine sehr viel geringere Stromstärke als eine Hochspannungsleitung übertragen kann. Das Ladekabel bildet hierbei den Schluss mit der niedrigsten übertragbaren Stromstärke.
Die richtige Reihenfolge der drei Leiter mit ihrer maximal übertragbaren Strommenge ist:
- Hochspannungsleitung: 2000 Ampere
- Kabel für die Steckdose: 16 Ampere
- Ladekabel für dein Handy 2 Ampere
Nun hast du gelernt, wie viele Ampere welches Kabel maximal übertragen kann. Doch wie kannst du mit der Größe Ampere rechnen?
Rechnen mit der Stromstärke
Genauso wie es bei der Einheit Meter verschiedene Größenordnungen wie Kilometer oder Millimeter gibt, gilt das Gleiche für die Größe Ampere auch. Im nächsten Abschnitt lernen wir die verschiedenen Größenordnungen kennen und üben zwischen ihnen umzurechen. Danach werden wir die Stromstärke in einer Schaltung mithilfe des Ohmschen Gesetzes berechnen.
Umrechnung von Stromstärken
Die Stromstärke kann in allen möglichen Größenordnungen vorkommen. Daher sollten wir zwischen verschiedenen Angaben umrechnen können.
Zunächst die verschiedenen Größen, mit denen du wahrscheinlich arbeiten wirst:
Einheitenname | Zeichen | Faktor gegenüber Ampere |
Mikroampere | | 0,000001 |
Milliampere | mA | 0,001 |
Ampere | A | 1 |
Kiloampere | kA | 1000 |
In der Visualisierung kannst du nachvollziehen, wie sich die Einheiten untereinander umrechnen lassen:
Abb. 2: Merkhilfe beim Umwandeln von Einheiten
Nun ein kurzes Beispiel, damit du die Umrechnung gleich praktisch sehen kannst:
Aufgabe 2
Deine Smartwatch verbraucht im Standby 500 Mikroampere. Wie viel ist das in Milliampere und in Ampere?
Lösung
Mikroampere soll in Ampere umgerechnet werden. Dafür müssen wir laut obiger Grafik mit 1000 dividieren um auf Milliampere zu kommen und erneut mit 1000 dividieren für eine Angabe in Ampere.
Wir rechnen also für :
Somit sind 500 Mikroampere gleich 0,5 Milliampere oder 0,0005 Ampere.
Nun, da du alles Theoretische über die Einheit Ampere weißt, fehlt dir nur noch zu erfahren, wie du sie in einer Schaltung berechnen kannst. Und das schauen wir uns im nächsten Abschnitt an.
Berechnung der Stromstärke
Zur Berechnung der Stromstärke in einer Schaltung benötigst du noch weitere Größen. Dabei sind die Spannung und der Widerstand die beiden anderen Größen, die gemeinsam mit dem Strom jede Schaltung charakterisieren.
Die Spannung ist dabei die Stärke des Antriebs der elektrischen Quelle im Stromkreis.
Die Hemmung des Stromflusses in einem Stromkreis wird als Widerstand bezeichnet.
Gemeinsam mit dem Strom bilden die drei Größen das Ohmsche Gesetz.
Das Ohmsche Gesetz erlaubt dir die Berechnung der Stromstärke I, wenn die Spannung U und Widerstand R einer Schaltung bekannt sind.
Du teilst also zur Berechnung der Stromstärke die Spannung durch den Widerstand.
Du kannst mit dem Ohmschen Gesetz auch den Widerstand und die Spannung einer Schaltung ausrechnen, solange die zwei anderen Größen bekannt sind. Dafür musst du nur die obige Formel umstellen.
Jetzt schauen wir uns die Berechnung der Stromstärke mit dem Ohmschen Gesetz an einem Beispiel genauer an.
Aufgabe 3
Die Schaltung einer Bohrmaschine hat einen Widerstand von und wird mit der Spannung von aus einem Akku betrieben. Wie hoch ist die elektrische Stromstärke, wenn der Strom durch die Schaltung fließt?
Lösung
Du hast in der Aufgabe die Spannung und den Widerstand gegeben und suchst die Stromstärke, du kannst also das Ohmsche Gesetz anwenden:
Du setzt also die gegebenen Werte direkt ein. Da sie in der gleichen Größenordnung gegeben sind, brauchst du sie auch nicht umzurechnen.
Die elektrische Stromstärke, welche an der Bohrmaschine anliegt, beträgt 0,73 A.
Wenn du mehr über das Ohmsche Gesetz lernen möchtest, oder genauer erfahren willst, was Widerstand oder Spannung sind, schau dich doch mal bei den entsprechenden Artikeln bei StudySmarter um.
Nun weißt du, wie du den Strom berechnen kannst. Aber du kannst den Strom in einer Schaltung auch messen, wie erfährst du im nächsten Abschnitt.
Stromstärke messen
Um die Stromstärke zu messen, werden Strommessgeräte genutzt. Diese können entweder separate Messgeräte sein, oder beispielsweise in einem Multimeter enthalten sein, welches auch andere Größen wie die Spannung messen kann.
Dabei besteht die übliche Methode den Strom zu messen darin, das Strommessgerät in Reihe mit der Schaltung zu setzen, die du messen möchtest. Das heißt, dass der gesamte Strom durch das Messgerät fließen muss, um ihn genau zu erfassen.
Strommessgeräte werden in Reihe verbunden, um den Strom zu messen. Dabei muss der gesamte Strom durch das Messgerät fließen, um genau gemessen zu werden. Hast du das Messgerät richtig eingestellt, kannst du den Strom direkt ablesen. Als Symbol für ein Strommessgerät im Schaltbild ist ein Kreis mit einem A darin üblich, wie du es in dem unteren Stromkreis sehen kannst.
Dabei ist die Reihenfolge egal: ob zuerst das Messgerät oder der Verbraucher im Stromkreis ist, spielt keine Rolle. Der Verbraucher kann dabei im Stromkreis beispielsweise eine Glühbirne oder ein Widerstand sein. Aber auch dein Handy kann der Verbraucher sein, wenn du messen möchtest, wie schnell genau dein Handy lädt.
Du musst also bei einem schon bestehenden Stromkreis einen Leiter trennen und dann an die beiden offenen Enden das Messgerät anschließen. Du solltest auch bedenken, ein passendes Strommessgerät oder eine geeignete Messeinstellung für die zu erwartende Stromstärke zu wählen. Sonst erhältst du zu ungenaue Messergebnisse bei zu groß gewähltem Messbereich oder der zu messende Strom liegt über dem maximalen messbaren Wert und du kannst das Messgerät beschädigen!
Abb. 3: Strommessgeräte werden in Reihe geschaltet
Es gibt jedoch auch andere Methoden, den Strom in einer Schaltung zu messen, ohne den Kreislauf zu unterbrechen. Dabei kann der Spannungsabfall an einem Widerstand, der schon in der Schaltung existiert, gemessen werden. Der Strom, der durch den Widerstand fließt, kann dann, wenn die Größe des Widerstandes und die Spannung vor und nach dem Widerstand bekannt sind, ausgerechnet werden. Hierfür nutzt du das Ohmsche Gesetz. Mehr über die Rechnung kannst du in unserem Artikel zu diesem Gesetz erfahren.
Nun weißt du, wie du den Strom misst, aber welche Werte solltest du erwarten? Das schauen wir uns im nächsten Abschnitt an.
Stromstärken im Alltag
Die Stromstärke kommt in allen elektrischen Bereichen vor. Sobald etwas mit Strom betrieben wird, ist die elektrische Stromstärke einer der elementaren Größen.
Um ein Gefühl für die Einheit Ampere zu bekommen, findest du hier eine Liste an typischen Stromstärken.
Objekt | Stromstärke |
Elektrische Armbanduhr | 0,001 mA |
Kopfhörer | 1 mA |
Lebensgefährliche Stromstärke | 25 mA |
Fernseher | 0,4 A |
Handyladegerät | 0,5 bis 2 A |
Bügeleisen | 7 A |
Gewöhnliche Haushaltssteckdose | 10 bis 16 A |
Du kannst anhand der Tabelle schon erkennen, dass der Bereich der Stromstärke von Bruchteilen weniger Milliampere (mA) bis hin zu vielen Ampere reicht.
Dass Strom lebensgefährlich sein kann, kennt jeder von uns. Die wenigsten jedoch wissen, dass hierfür ein Zusammenspiel aus passender Stromstärke und Spannung verantwortlich ist. Denn schon ab einer Stromstärke von nur 25 mA kann sich ein Mensch lebensgefährlich verletzen.
Aber von niedrigen Spannungen, wie die von Haushaltsbatterien, geht keine Gefahr für uns aus. Obwohl sie mehr als 25mA an Strom liefern können, ist ihre Spannung zu gering, um die schlechte Leitfähigkeit unserer Haut zu überwinden und diese Batterien schaffen daher nur ungefährliche Mengen an Strom durch den menschlichen Körper zu übertragen.
Doch wie kam man eigentlich auf die Definition der zur Stromstärke gehörenden Einheit Ampere? Schauen wir uns den historischen Kontext an.
Historische Entwicklung der Stromstärke
Die Einheit der Stromstärke ist nach dem Physiker André Marie Ampère benannt.
Dieser lebte von 1775 bis 1836 in Frankreich, wo er sich mit verschiedenen wissenschaftlichen Fächern beschäftigte. Vor allem forschte er an dem Zusammenspiel aus Stromfluss und Magnetfeldern. So erfand Ampère die Einheit für den Strom nicht selbst, sie wurde aber wegen seiner Errungenschaften für die moderne Physik nach ihm benannt.
Wie genau wurde die Einheit Ampere historisch definiert?
Zunächst wurde die Einheit Ampere im neunzehnten Jahrhundert durch die chemische Wirkung definiert: Wenn ein konstanter Strom von 1A fließt, werden aus einer Lösung von Silbernitrat in Wasser in einer Sekunde genau 1,118mg Silber an der negativen Elektrode abgeschieden.
Diese Definition hielt den Kriterien der modernen Physik nicht stand und im Jahr 1948 einigte man sich dann auf eine Amperedefinition, welche auf die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes zurückgeht.
So war 1A die Stärke des Stromes, der durch zwei im Vakuum parallel im Abstand 1m voneinander angeordneten, geradlinigen, unendlich langen Leitern von vernachlässigbar kleinem Querschnitt fließt.
Zwischen diesen Leitern musste jeweils pro 1m Leiterlänge die Kraft hervorrufen werden.
Erst 2019 wurde diese Definition mit der jetzt gültigen Definition überarbeitet.
Da die Ladungseinheit einer Elementarladung e definiert wurde, konnte man nun auch Ampere über den Ladungsfluss definieren. Dabei entspricht 1 Ampere etwa Elektronenladungen pro Sekunde.
Stromstärke - Das Wichtigste
- Die elektrische Stromstärke I ist definiert durch den Ladungsfluss in einem Leiter pro Zeit t und die Menge der Elementarladungen Q.
- Die Einheit der Stromstärke I ist Ampere A. Ein Ampere ist ein Coulomb C durch eine Sekunde s.
- Für höhere Stromstärken ist auch ein größerer Leiterquerschnitt erforderlich. Ein kleiner Leiterquerschnitt führt zu weniger Ladungsfluss und damit zu einer geringeren Stromstärke.
- Typische Stromstärken variieren je nach Gerät. Während Kopfhörer nur etwa 1 Milliampere Strom für einen Ton benötigen, liefern Haushaltssteckdosen bis zu 16 Ampere. Handys laden typischerweise mit ein bis zwei Ampere.
- Die Angabe der Größe Ampere kann in verschiedenen Größenordnungen erfolgen. Dabei unterscheiden sich die Angaben Mikroampere (), Milliampere (mA), Ampere (A) und Kiloampere (kA) aufsteigend jeweils um den Faktor 1000.
- Strommessgeräte werden in Reihe verbunden, um den Strom zu messen. Dabei muss der gesamte Strom durch das Messgerät fließen, um genau gemessen zu werden. Hast du das Messgerät richtig eingestellt, kannst du den Strom direkt ablesen.
- Das Ohmsche Gesetz erlaubt dir die Berechnung der Stromstärke I, wenn die Spannung U und Widerstand R einer Schaltung bekannt sind.
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