In den Grundlagen der Elektrotechnik beschäftigen wir uns hier mit Stromstärke, Spannung, Leistung, elektrischer Arbeit und den Widerstand. Sie sind wichtig um darauf aufbauende Prozesse wie z.B. die Elektropneumatik zu verstehen. Ein einfacher elektrischer Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle, Verbindungsleitungen und einem Verbraucher. Elektrischer Strom kann nur fließen, wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Spannungsquellen (z.B. eine Batterie) haben zwei Pole. Durch ihren Aufbau herrscht am Minuspol ein Überschuss an Elektronen und am Pluspol ein Überschuss an Protonen und ein Mangel an Elektronen. Verbindet man die beiden Pole (z.B. durch einen Draht und einen Verbraucher) fließen die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol um diesen Mangel auszugleichen. (Gleich geladene Teilchen stoßen sich gegenseitig ab) Sobald kein Ladungsunterschied mehr vorliegt, hört der Strom auf zu fließen. Die Batterie ist dann leer.

Achtung! die technische Stromrichtung ist genau anders herum definiert! Diese beschreibt nicht den Elektronenstrom sondern den Ladungsstrom. (Siehe Rechte-Hand-Regel)

Strom kann dabei immer nur dann fließen, wenn in der Verbindung genug freie Elektronen vorhanden sind. Werkstoffe auf die das zutrifft werden elektrische Leiter genannt. Gute elektrische Leiter sind z.B. Metalle, Kupfer, Aluminium und Silber. Jeder Werkstoff besitzt einen elektrischen Widerstand. Werkstoffe die als elektrische Leiter definiert sind haben nur wenig Widerstand. Ist der Widerstand jedoch groß, so spricht man von elektrischen Isolatoren. Diese sind z.B. Kunststoffe.

Ohmsches Gesetz

Das Zusammenspiel von Stromstärke, Spannung und Widerstand wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben. Es besagt, dass je größer der Widerstand ist, die Spannung und Stromstärke im selben Verhältnis (proportional) abnehmen.

Das bedeutet im Umkehrschluss. Bei gleich bleibendem Widerstand, steigt mit zunehmender Spannung die Stromstärke proportional an.

Leistung

In der Mechanik ist die Leistung das Produkt aus Geschwindigkeit und Kraft. In der Elektrotechnik ist der Grundsatz ähnlich hier ist die Leistung das Resultat der Geschwindigkeit in der die elektrische Energie umgewandelt wird. Die Geschwindigkeit steig mit zunehmender Spannung und Stromstärke an. Sie ist somit das Produkt aus Spannung und Stromstärke.

Formelzeichen

USpannung [Volt – V]
RWiderstand [Ohm – Ω]
IStromstärke [Ampere – A]
PLeistung [Watt – W]
WArbeit [Wattstunden – Wh]
tZeit [Stunde – h]

Formeln

Spannung

Spannung ist die Fähigkeit der Stromquelle Elektronen voranzutreiben.

U=R·I

Widerstand

R=UI

Stromstärke

Die Stromstärke definiert wie viele Elektronen in einer gewissen Zeit fließen.

I=UR

Leistung

P=U·I

Die elektrische Leistung gibt an wie viel elektrische Arbeit der Strom in jeder Sekunde verrichtet.

Elektrische Arbeit

W=P·t

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