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elektrische Stromstärke

Die elektrische Stromstärke <$I$> in einem Leiter ist die pro Zeiteinheit fließende Menge elektrischer Ladung. Die Maßeinheit der Stromstärke ist das Ampere (A); ein Ampere bedeutet ein Coulomb Ladung pro Sekunde (1 A = 1 C / s).

Ein verwandter Begriff ist die Stromdichte, definiert als die Stromstärke pro Flächeneinheit, angegeben z. B. in A/cm². Hohe Stromdichten treten auf, wenn starke Ströme durch dünne Kabel fließen.

Mechanisches Modell

Manche Eigenschaften der Elektrizität können in einem mechanischen Gedankenmodell illustriert werden. Die in einer Leitung transportierten Ladungsmengen entsprechen in einem solchen Modell der Menge einer Flüssigkeit, die durch ein Rohr fließt. Die elektrische Stromstärke entspricht dann der Flüssigkeitsmenge pro Sekunde.

Spannung, Stromstärke und Leistung

Wenn ein Verbraucher an eine Spannungsquelle angeschlossen wird, kann die anliegende Spannung den Stromfluss antreiben. Die Stromstärke ergibt sich als die Spannung dividiert durch den Widerstand des Verbrauchers; sie nimmt also mit steigender Spannung zu, außer wenn (wie in seltenen Fällen) der Widerstand schneller als die Spannung zunimmt.

Die Leistung (Energiemenge pro Zeit), die ein elektrischer Strom transportiert, hängt von der dabei auftretenden elektrischen Spannung ab. Ein Leiter mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand wird auch bei hohen Stromstärken kaum warm, da an ihm nur ein geringer Spannungsabfall auftritt. Gleichzeitig kann ein Paar von Leitern geringen Widerstands eine hohe Leistung transportieren, wenn zwischen ihnen eine hohe Spannung anliegt. Ein effizienter Energietransport durch eine elektrische Leitung ist möglich, wenn der Spannungsabfall an den Leitern selbst viel geringer als die übertragene Spannung ist.

Messung elektrischer Stromstärken

Die elektrische Stromstärke in einem Leiter kann mit einem Amperemeter gemessen werden. Dies ist ein Gerät, welches in die Leitung eingeschleift werden muss, so dass der Strom durch das Messgerät fließt. (Die Leitung muss also zunächst unterbrochen werden, und das Messgerät muss dann an die beiden neuen Endpunkte angeschlossen werden.) Die Stromstärke wird entweder analog (mit einem Zeiger) oder digital (als Zahlenwert) angezeigt. Hierbei zweigt das Messgerät keinerlei Strom ab, aber es setzt dem Stromfluss einen gewissen Widerstand entgegen. Unter Umständen kann der resultierende Spannungsabfall die Stromstärke gegenüber dem Fall ohne Messgerät etwas reduzieren.

Gebräuchlich sind auch Multimeter (siehe Abbildung 1), die neben elektrischen Stromstärken auch Spannungen, Widerstände u. a. messen können.

Normalerweise muss ein Messgerät für Stromstärken in die jeweilige Leitung eingeschleift werden, so dass es vom jeweiligen Strom selbst durchflossen wird. Dies wäre z. B. für Messungen im Haushalt oft mühsam. Jedoch gibt es für Wechselströme auch induktive Messgeräte mit einer Stromzange, die nur um den jeweiligen Leiter herumgelegt werden muss. Man nutzt hierbei aus, dass in der Leitung fließende Wechselströme in der Stromzange eine Spannung induzieren, die dann gemessen wird.

Wechselströme; Spitzenwert und Effektivwert der Stromstärke

Bei Wechselströmen oszilliert die Stromstärke mit einer Frequenz von z. B. 50 Hz (d. h. 50 Schwingungen pro Sekunde). Wenn in einem solchen Fall "die" Stromstärke genannt wird, ist in der Regel ihr Effektivwert gemeint. Dieser beträgt ca. 70,7 % des Spitzenwerts, wenn der Stromverlauf sinusförmig ist (was oft aber nicht der Fall ist).

Typische Werte für elektrische Stromstärken

Die Tabelle gibt typische Werte der elektrischen Stromstärken in verschiedenen Zusammenhängen an.

Man mag sich zunächst darüber wundern, dass z. B. eine Elektrolokomotive nur rund 100 mal höhere Stromstärken braucht als ein Autoscheinwerfer, obwohl sie doch eine sehr viel höhere Leistung aufweist. Jedoch werden diese Stromstärken bei sehr viel höherer Spannung (z. B. 15 kV statt 12 V) geliefert, transportieren also auf diese Weise sehr viel mehr Leistung.

Siehe auch: Ampere, Amperestunde, elektrische Energie, elektrische Spannung, Leistung, Effektivwert von Spannung und Stromstärke