| Typ | Konzept |
|---|---|
| Quellen | Quelle - Physik für Dummies |
| Erstellt | 2026-09-27 |
| Aktualisiert | 2026-09-27 |
| Tags | physik, elektrizität, strom, widerstand, schaltung |
Strom ist fliessende Ladung, angetrieben durch eine Spannung und begrenzt durch den Widerstand (ohmsches Gesetz U = R·I). In Reihe addieren sich Widerstände, parallel ihre Kehrwerte. Die kirchhoffschen Regeln lösen beliebige Netze, ein RC-Glied entlädt sich exponentiell.
Strom
- Eine Spannung (Batterie, Steckdose) erzeugt im Leiter ein elektrisches Feld, das die Elektronen antreibt (Elektrostatik).
- I = q / t, Einheit Ampere: 1 A = 1 C/s. 19 C in 30 s ergeben 0,63 A (Quelle - Physik für Dummies, Kap. 17).
- Technische Stromrichtung: vom Plus- zum Minuspol. Das ist historisch so festgelegt, als man positive Teilchen vermutete. Tatsächlich fliessen die Elektronen umgekehrt.
- Bild: Die Batterie hebt die Ladungen um ihre Spannung „eine Stufe hoch“, im Stromkreis fliessen sie wieder hinunter.
Ohmsches Gesetz und Widerstand
- U = R · I (Georg Simon Ohm, 1789–1854). Einheit des Widerstands: Ohm (Ω). 6 V an 2 Ω ergeben 3 A.
- Spezifischer Widerstand: R = ρ · L / A. Länger heisst mehr Widerstand, dicker weniger (wie beim Gartenschlauch).
| Material | ρ in Ω·m |
|---|---|
| Gold | 1,44 · 10⁻⁸ |
| Kupfer | 1,72 · 10⁻⁸ |
| Aluminium | 2,82 · 10⁻⁸ |
| Kohlenstoff | 3,5 · 10⁻⁵ |
| Holz | bis 3 · 10¹⁰ |
| Gummi | bis 10¹⁵ |
In der Tabelle des Buches leitet Gold besser als Kupfer. Nach gängigen Tabellen ist es umgekehrt: Silber (etwa 1,6 · 10⁻⁸) vor Kupfer (etwa 1,7 · 10⁻⁸) vor Gold (etwa 2,2–2,4 · 10⁻⁸ Ω·m). Nicht per Recherche geprüft.
Leistung
- P = U · I (Arbeit q·U pro Zeit). Mit dem ohmschen Gesetz auch P = I² · R = U² / R.
- Eine LED an 10 V mit 0,5 A braucht 5 W.
Reihen- und Parallelschaltung
| Reihenschaltung | Parallelschaltung | |
|---|---|---|
| gleich ist | der Strom | die Spannung |
| Widerstände | R = R₁ + R₂ + … | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … |
| Kondensatoren | 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + … | C = C₁ + C₂ + … |
Kondensatoren verhalten sich also genau umgekehrt wie Widerstände. Beispiel Aufgabe 17.1/17.2: 1 µF, 3 µF und 0,3 µF ergeben parallel 4,3 µF, in Reihe etwa 0,21 µF.
Kirchhoffsche Regeln
Für Netze, die sich nicht in Reihe und parallel zerlegen lassen (Gustav Kirchhoff):
- Knotenregel: Was in einen Knoten hineinfliesst, fliesst auch hinaus (ΣI = 0). Ladung geht nicht verloren.
- Maschenregel: In jeder geschlossenen Masche ist die Summe aller Spannungen null. Das ist Energieerhaltung: Wer einmal herum läuft, landet wieder auf demselben Potenzial.
Vorgehen: Stromrichtungen willkürlich einzeichnen, die Masche umlaufen und Spannungsquellen und Spannungsabfälle R·I mit Vorzeichen notieren. Kommt ein negativer Strom heraus, fliesst er andersherum (im Buchbeispiel −0,6 A). Mit drei unbekannten Strömen braucht man eine Knoten- und zwei Maschengleichungen, also ein Gleichungssystem.
RC-Glied
Ein geladener Kondensator entlädt sich über einen Widerstand nicht gleichmässig, sondern exponentiell:
- I(t) = (U₀ / R) · e^(−t/(R·C))
- q(t) = q₀ · e^(−t/(R·C)) Das Produkt R·C ist die Zeitkonstante (Potenz, Wurzel und Logarithmus).
Verwandt
- Elektrostatik – Ladung, Spannung, Kondensator
- Elektromagnetische Induktion – Wechselstrom, Spule und Impedanz
- Magnetismus – Ströme erzeugen Magnetfelder
- Gleichungssystem – Kirchhoff-Gleichungen lösen
- Boolesche Algebra – Reihen- und Parallelschaltung von Schaltern als UND und ODER