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Wie können elektrische Stromstärken berechnet werden?
1. Die Bedeutung der elektrischen Stromstärke
Die elektrische Stromstärke ist eine der wichtigsten Grössen der Physik. Sie ist Teil der Elektrizitätslehre und eine der sieben Basiseinheiten des internationalen Grössen- und Einheitensystems (SI). Die elektrische Stromstärke misst, vereinfacht gesagt, den elektrischen Strom in einem Stromkreis. Die Stromstärke bezieht sich immer auf eine bestimmte Fläche. Dies kann der Querschnitt eines Leiters oder eines Kondensators sein. Im einfachsten Fall eines konstanten Stromflusses bezeichnet die Stromstärke die durch den Querschnitt geflossene Ladungsmenge während einer bestimmten Zeitspanne.
2. Der Unterschied zwischen elektrischem Strom und Stromstärke
Im Physikunterricht der höheren Klassen wird der elektrische Strom häufig mit der Stromstärke gleichgesetzt. Unter elektrischem Strom versteht man allgemein die Übertragung elektrischer Energie und die Bewegung freier Ladungsträger wie Elektronen oder Ionen. Elektrischer Strom kann nur fliessen, wenn zwischen zwei unterschiedlichen elektrischen Ladungen ausreichend freie Ladungsträger in einem leitfähigen Material vorhanden sind. Am einfachsten ist der Stromfluss mit dem Fluss von Wasser in einem Rohr vergleichbar. Je mehr Wasser pro Zeiteinheit durch das Rohr fliesst, desto grösser ist die Wassermenge. Genauso verhält es sich auch beim elektrischen Strom. Je mehr Ladungsträger pro Zeitabschnitt durch den Leiter fliessen, desto höher ist die elektrische Stromstärke. Vereinfacht gesagt ist die elektrische Stromstärke eine zahlenmässige Beschreibung des elektrischen Stroms.
3. Formelzeichen und Masseinheit der elektrischen Stromstärke
Die elektrische Stromstärke wird durch das Formelzeichen "I" angegeben. Die Masseinheit der Stromstärke ist Ampere (abgekürzt "A"), die zu Ehren des französischen Mathematikers und Physikers André-Marie Ampère so benannt wurde. In der deutschen (und auch international üblichen englischen) Schreibweise wird übrigens der französische Accent in Ampère weggelassen.
- Die gesetzliche Grundeinheit des elektrischen Stroms beträgt ein Ampere.
- In der Praxis liegt die elektrische Stromstärke zwischen einigen Mikroampere und mehreren Ampere.
- In der Starkstromtechnik kommt hingegen auch die Einheit Kiloampere zum Einsatz.
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4. Die wichtigste der Formeln für die Stromstärke: Spannung und Widerstand
Die Stromstärke lässt sich über verschiedene Wege berechnen. Je nachdem, welche Angaben vorhanden sind, kann die Stromstärke über eine Reihe unterschiedlicher Formeln ermittelt werden. Die Bestimmung der Stromstärke auf Grundlage von Spannung und Widerstand ist die häufigste unter den Berechnungen. Sie basiert auf dem sogenannten "Ohmschen Gesetz", das die Spannung "U" (in Volt), den Widerstand "R" (in Ohm) und die Stromstärke "I" (in Ampere) miteinander in Beziehung setzt. Sind zwei der drei Werte vorhanden, kann der dritte mithilfe des folgenden physikalischen Gesetzes berechnet werden: U = R x I. Daraus lässt sich die Stromstärke als Division der Spannung durch den Widerstand ableiten (I = U / R). Beträgt die Spannung beispielsweise zehn Volt bei einem Widerstand von zwei Ohm, so errechnet sich daraus eine Stromstärke von fünf Ampere.
5. Die Berechnung der Stromstärke mit Spannung und Leistung
Ähnlich häufig wie das Ohmsche Gesetz wird die elektrische Stromstärke auf Basis von Spannung und Leistung berechnet. Grundlage dieser Berechnung ist die Formel für die elektrische Leistung "P" in Watt. Sie ist das Produkt aus Stromstärke (in Ampere) und Spannung (in Volt). Die Formel für die elektrische Leistung lautet somit: P = U x I. Durch Umkehrung dieser Formel kann die Stromstärke als Division der Leistung durch die Spannung errechnet werden. Eine Leistung von 880 Watt bei einer Spannung von 220 Volt würde eine Stromstärke von vier Ampere ergeben.
6. Die Berechnung der Stromstärke mit Ladung und Zeit
Eine weitere der gebräuchlichsten Formeln zur Ermittlung der elektrischen Stromstärke ist die Beziehung zwischen der Stromstärke, der Ladung und der Zeit. Wie bereits einleitend dargestellt, gibt die Stromstärke an, wie viel elektrische Landung in einer gewissen Zeit durch den Querschnitt eines Leiters fliesst. Die Stromstärke "I" kann somit durch die Division der Ladung "Q" (in Coulomb) durch die Zeit "t" (in Sekunden) ermittelt werden. Die Formel lautet: I = Q / t. Eine Stromstärke von einem Ampere stellt somit einen Ladungsfluss von einem Coulomb durch einen Leiter innerhalb von einer Sekunde dar.
7. Ampere und Leitwert
Je geringer der Widerstand eines Stromverbrauchers, desto höher ist sein Leitwert. Ein Verbraucher mit einem grossen Widerstand leitet den Strom hingegen schlecht und besitzt deshalb einen kleinen Leitwert. Die Stromstärke steht in direkter Beziehung zum Leitwert eines Verbrauchers. Je grösser der Leitwert, desto grösser ist auch die Stromstärke.
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