Elektrischer Strom

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Einleitung

Elektrischer Strom, die Bewegung elektrischer Ladungen (z. B. von Elektronen oder Ionen) in einer Vorzugsrichtung, und zwar in einem ruhenden oder einem bewegten Medium.

Bewegen sich die Ladungsträger durch ein ruhendes Medium, wie etwa ein Stromkabel, so spricht man von Leitungsstrom. Bewegen sie sich aber zusammen mit dem Medium durch den Raum, wie etwa beim Sonnenwind, so handelt es sich um Konvektionsstrom. Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht man unter „elektrischem Strom” vor allem die Bewegung von Elektronen in einer elektrischen Leitung.

Die Elektronen sind die Träger des elektrischen Stromes. Am Minuspol einer Stromquelle herrscht Elektronenüberschuss und am Pluspol Elektronenmangel, so dass die Elektronen, d. h. der Strom, vom Minuspol zum Pluspol fließen. Diese Stromrichtung ist die physikalische Stromrichtung. Im Gegensatz dazu ist die technische Stromrichtung entgegen der Bewegungsrichtung der Elektronen definiert worden, nämlich vom Pluspol zum Minuspol. Dies hat historische Gründe; so nahm man früher u. a. an, der Stromfluss beruhe auf der Bewegung positiver Ladungsträger.

Wichtige Kenngrößen des elektrischen Stromes sind Stromstärke (I) und Spannung (U) mit den Maßeinheiten Ampere (A) und Volt (V). Wenn sich die Elektronen durch das Medium bewegen, kommt es zu Reibungseffekten, die Wärme hervorrufen, denn die Elektronen überwinden einen Widerstand, den elektrischen Widerstand (R); er hat die Maßeinheit Ohm (Ω). Nur im Fall der Supraleitung bleibt die Wärmeentwicklung aus, so dass R = 0.

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Gleichstrom

Unter einem Gleichstrom wird ein elektrischer Strom verstanden, der zeitunabhängig ist und nur in eine Richtung fließt und somit eine konstante Polarität besitzt. Bei reinem Gleichstrom, wie ihn z. B. Batterien, Akkus (siehe elektrische Zelle) oder Photozellen liefern, ist die Stromstärke konstant. Anders ist es bei technischem Gleichstrom, wie er etwa von Gleichstromgeneratoren erzeugt wird: Hier variiert die Stromstärke mit der Zeit.

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Wechselstrom

Beim Wechselstrom, wie ihn z. B. Wechselstromgeneratoren erzeugen, ändern sich Fließrichtung und Stromstärke periodisch. Technisch ist das deshalb sinnvoll, weil man nur bei Wechselstrom Spannungen einfach transformieren kann, etwa von 10 000 Volt auf 230 Volt. Mit Gleichstrom ist dies direkt nicht möglich.

Lässt sich der zeitliche Verlauf eines Wechselstroms durch eine einfache Sinusfunktion darstellen, so spricht man von einwelligem oder einphasigem Wechselstrom. Dagegen wird der zeitliche Verlauf eines mehrwelligen oder mehrphasigen Wechselstromes durch die Überlagerung mehrerer Sinusfunktionen wiedergegeben. Mehrphasig bedeutet bildlich gesprochen, dass die Anfangspunkte der Sinusfunktionen zeitlich verschoben sind, so dass die Maximalwerte (Amplituden) zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht werden. Folglich besteht mehrphasiger Wechselstrom aus mehreren „Teilströmen”, die sich überlagern und deren Phasen gegeneinander verschoben sind; man nennt die Teilströme deshalb auch Phasenströme.

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Drehstrom

Eine Sonderform des mehrphasigen Wechselstroms ist der Drehstrom, der bei gleichem Leiterquerschnitt mehr Leistung übertragen kann als Einphasenwechselstrom und daher z. B. im öffentlichen Stromnetz zur Anwendung kommt. Drehstrom wird auch als Dreiphasenwechselstrom bezeichnet, weil sich hier drei Wechselströme mit gleicher Frequenz und Amplitude überlagern, deren Phasen um 120 Grad gegeneinander verschoben sind.

Erzeugen lassen sich Drehströme mit Drehstromgeneratoren, die im Prinzip wie Wechselstromgeneratoren aufgebaut sind, aber statt einer Spule drei Spulen enthalten, die im Kreis um 120 Grad versetzt angeordnet sind. Die Spulen können entweder in Form eines Sterns oder eines Dreiecks miteinander verknüpft bzw. verkettet sein, und je nach Art der Verkettung liefert der Generator unterschiedliche Spannungen und Stromstärken.

Siehe auch Elektrizität; elektrischer Stromkreis; elektrisches Feld; Stromversorgungsnetze; elektrische Energietechnik