Spannung, Strom und Widerstand verstehen
Spannung beschreibt einen Unterschied zwischen elektrischen Potentialen. Strom beschreibt den Transport elektrischer Ladung. Der Widerstand beschreibt bei einem Bauteil den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom. Diese drei Größen gehören zusammen, meinen aber nicht dasselbe.
Eine Batterie kann Spannung an ihren Anschlüssen haben, obwohl kein Verbraucher angeschlossen ist. Erst ein geeigneter geschlossener Stromkreis ermöglicht einen dauerhaften Stromfluss. Wie groß dieser Strom wird, hängt von Quelle, Verbraucher und Leitungen ab.
Drei Größen mit unterschiedlichen Aufgaben
| Größe | Formelzeichen | Einheit | Verständliche Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Spannung | U | Volt, V | Potentialunterschied zwischen zwei Punkten |
| Stromstärke | I | Ampere, A | Ladungsmenge pro Zeit durch einen betrachteten Querschnitt |
| Widerstand | R | Ohm, Ω | Verhältnis von Spannung zu Strom im betrachteten Betriebszustand |
Die Spannung liegt zwischen zwei Punkten. Ein Strom fließt durch einen Leiter oder ein Bauteil. Diese Sprachunterscheidung hilft auch beim Lesen von Schaltbildern: Man misst Spannung zwischen Bezugspunkten und untersucht Strom in einem bestimmten Pfad.
Strom in Reihe, Spannung parallel
Ein einfacher Stromkreis
Unser Lehrbeispiel besteht aus einer idealisierten 12-V-Gleichspannungsquelle, einem Schalter, einem 120-Ω-Widerstand und den Verbindungen. Bei geschlossenem Schalter ergibt sich unter den genannten Annahmen ein Strom von 0,1 A. Der Widerstand setzt dabei 1,2 W um. Ein realer Versuch benötigt einen dafür geeigneten Aufbau und eine ausreichende Bauteilbelastbarkeit; die Zeichnung ist keine Netzspannungsinstallation.
Ist der Schalter offen, ist der dauerhafte Strom im idealisierten Kreis null. Zwischen den offenen Schaltkontakten kann trotzdem die Quellenspannung liegen. „Es fließt gerade kein Strom“ bedeutet also nicht „hier ist sicher keine Spannung“.
Die Quelle ist nicht immer ideal. Batterien haben einen Innenwiderstand, Netzteile besitzen Stromgrenzen und Verbindungen verursachen Spannungsabfälle. Bei einem Kurzschluss können sehr große Ströme entstehen; die Begrenzung der Quelle und geeigneter Schutz sind deshalb wichtig.
Ein geschlossener Gleichstromkreis
Offen bedeutet nicht spannungsfrei
Technische Stromrichtung und Elektronen
Die technische Stromrichtung im äußeren Gleichstromkreis wird vom positiven zum negativen Anschluss angegeben. In metallischen Leitern bewegen sich Elektronen im Mittel in der entgegengesetzten Richtung. Beide Beschreibungen dürfen nicht vermischt werden.
Der Verbraucher verbraucht keine elektrische Ladung. Er wandelt zugeführte elektrische Energie beispielsweise in Wärme, Licht oder Bewegung um. Im einfachen unverzweigten stationären Stromkreis ist der Strom an allen Stellen gleich groß, auch vor und nach dem Verbraucher.
Ladung fließt, Energie wird umgewandelt
Was ein Widerstand bewirkt
Bei einem idealisierten ohmschen Widerstand und unveränderten Bedingungen sind Spannung und Strom proportional. Doppelter Widerstand bedeutet bei gleicher Spannung halben Strom. Doppelte Spannung bedeutet bei gleichem Widerstand doppelten Strom.
Nicht jedes Gerät verhält sich wie ein konstanter Widerstand. Ein elektronisch geregeltes Netzteil oder eine warme Glühlampe kann anders reagieren. Für solche Fälle genügt das einfache Modell nicht. Der Beitrag zum Ohmschen Gesetz erklärt diese Grenze ausführlicher.
Einheiten sicher lesen
1 A entspricht 1000 mA. 100 mA entsprechen daher 0,1 A. Ein Kiloohm sind 1000 Ω; ein Megaohm sind eine Million Ω. Vorsilben ändern den Zahlenmaßstab, nicht die physikalische Größe.
Ein Stromwert allein sagt noch nichts über den Energieverbrauch eines Geräts aus. Dafür sind auch Spannung, bei Wechselgrößen weitere Zusammenhänge und die Betriebsdauer relevant. Leistung und Energie erhalten deshalb einen eigenen Beitrag.
Häufige Fragen
Ist eine höhere Spannung immer ein höherer Strom?
Nur bei entsprechend gleichbleibenden Bedingungen, etwa einem konstanten ohmschen Widerstand. Ein geregeltes Gerät kann sein Verhalten ändern. Die Aussage ist keine allgemeine Regel für beliebige Verbraucher.
Warum wird ein Leiter warm?
Reale Leiter besitzen Widerstand. Bei Stromfluss wird darin elektrische Leistung in Wärme umgesetzt. Ob die Erwärmung zulässig ist, hängt vom konkreten Aufbau, der Belastung und den Einsatzbedingungen ab.
Darf der Schutzleiter als Rückleiter verwendet werden?
Nein. Die Rollen von Neutralleiter und Schutzleiter sind zu unterscheiden. Der gesonderte Beitrag zu L, N, PE und PEN erklärt ihre Aufgaben und Grenzen.
Weiterlernen
Quellen und fachliche Einordnung
Die Quellen belegen Grundprinzipien; sie ersetzen keine Bewertung der konkreten Anlage.