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Elektrische Energie
Ladung, Stromstärke, Spannung
Elektrisch geladene Körper
Alle Körper bestehen aus Atomen und Molekülen. Jedes Atom besitzt einen Atomkern mit Protonen und Neutronen sowie eine Atomhülle mit Elektronen. Durch Reiben zweier Körper oder durch elektro-chemische Vorgänge (z.B. Batterie) können Elektronen von einem Körper auf einen anderen übergehen.
Elektrische Ladung
Die elektrische Ladung eines Körpers gibt an, wie groß sein Elektronenüberschuss bzw. -mangel ist.
- Formelzeichen: Q
- Einheit: 1 Coulomb bzw. 1 C = 1 As (Amperesekunde)
Ladung und Stromstärke
Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen in einer bestimmten Zeit an einer Stelle eines Stromkreises vorbeifließen.
- Formelzeichen: I
- Einheit: 1 Ampere bzw. 1 A
Ist die Stromstärke I konstant, gilt:
$$ I = \frac{Q}{t} $$
Spannung, Ladung, Energie
Die Spannung an den Polen einer Stromquelle gibt an, wie stark der Antrieb der Elektronen bzw. des elektrischen Stromes durch diese Quelle ist.
- Formelzeichen: U
- Einheit: 1 Volt bzw. 1 V
Lädt man zwei Metallplatten entgegengesetzt auf, so misst man eine Spannung zwischen diesen. Zieht man sie auseinander, steigt die Spannung, da man mechanische Arbeit hinzufügt und diese als potenzielle Energie in den Elektronen gespeichert wird. Es gilt:
$$ \Delta E = Q \cdot \Delta U $$
Widerstände in Stromkreisen
Elektrischer Widerstand
Der elektrische Widerstand gibt an, wie sehr die Stärke des Stromflusses durch das Bauteil behindert wird.
- Formelzeichen: R
- Einheit: 1 Ohm bzw. 1 Ω
Dabei gilt:
$$ \mathrm{1\,\Omega = 1\,\frac{V}{A}} $$
Gesetze der Reihenschaltung
Misst man in einem Stromkreis an unterschiedlichen Punkten, so erkennt man, dass die Stromstärke überall gleich groß ist:
I1 = I2 = I3 = ...
Die Stromspannung ist jedoch anders. Die Einzelspannungen sind in der Summe gleich der Spannung der Stromquelle:
U = U1 + U2 + ...
Die Widerstände werden wie folgt berechnet:
$ R = \dfrac{U_\text{Quelle}}{I} \quad $ bzw.
$ \quad R_1 = \dfrac{U_1}{I_1} \quad $ bzw.
$ \quad R_2 = \dfrac{U_2}{I_2} $
Fließt Strom durch ein Bauteil, so herrscht zwischen den Anschlüssen eine Spannung U. Sie wird Folgendermaßen berechnet:
$$ U = R \cdot I $$
Elektrische Energie und Leistung
Die von einem Elektrogerät aufgenommene Energie E ist umso größer,
- je länger der Strom fließt,
- je größer die Stromstärke I und
- je höher die Spannung U ist.
Es gilt:
- $E = U \cdot I \cdot t$
- $\mathrm{1\,J = 1\,VAs = 1\,Ws}$ (Wattsekunde)
Die elektrische Leistung gibt an, welche elektrische Energie in einer bestimmten Zeit umgesetzt wird.
- Formelzeichen:
- Einheit: 1 W
Die elektrische Leistung eines Bauteils ist gleich dem Produkt aus der Spannung am Bauteil und der Stromstärke, die durch das Bauteil fließt:
$$ P = U \cdot I $$
