Ing: GdE: Elektrische Stromstärke und elektrischer Leitwert

Definition

Ein Ampere(A) ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stromes, der durch zwei in Vakuum parallel im Abstand 1 Meter voneinander angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 Meter Leiterlänge elektrodynamisch die Kraft 0,2µN hervorrufen würde.

Erklärung

Die elektrische Stromstärke ist die pro Zeit fließende Ladungsmenge.

Die Einheit des elektrischen Stromes wird in Ampere (A), zu Ehren von André Marie Ampère, angegeben.
Das Formelzeichen für den elektrischen Strom ist I.

Der elektrische Strom ist die Bewegungsrichtung der positiven Ladung, die pro Zeiteinheit einen definierten Querschnitt durchströmen:

$I={\mathrm {d} Q \over \mathrm {d} t}$ =>Besser ist=> $i={\mathrm {d} Q \over \mathrm {d} t}$ da es sich um dem Augenblickswert der Stromstärke handelt

Die positive Stromrichtung ist die Bewegungsrichtung der positiven Ladungen. Dies ist gleichbedeutend mit der entgegengesetzten Bewegungsrichtung negativer Ladungen.

Der Strom $I$ zu einem bestimmten Zeitpunkt gibt die pro infinitesimalen Zeitabschnitt $\mathrm {d} t$ fließende infinitesimale Ladung $\mathrm {d} Q$ an. Ist der Strom konstant, so kann man auch schreiben:

$I={Q \over t}$

Gleichwertig dazu kann der elektrische Strom auch über die Stromdichte $J$ in einem Strömungsfeld mittels folgender vektoriellen Intergralgleichung definiert werden:

$I=\int _{A}{\vec {J}}\;\cdot \mathrm {d} {\vec {A}}$

Die Stromstärke $I$ ist somit gleich dem Flächenintegral der Stromdichte $J$ in einem elektrischen Leiter. Diese Definition ist dann sinnvoll anzuwenden, wenn man von der Beschreibung eines Vektorfeldes ausgeht und nicht von der Ladung $Q$.

Eine weitere Möglichkeit den elektrischen Strom zu beschreiben ist über folgende Zusammenhang:

$I=nqAV_{D}$

Mit n als der Anzahl der Ladungen (q) die durch die Fläche A mit der Driftgeschwindigkeit $V_{D}$ fließen. Die Geschwindigkeit ist abhängig von der angelegten Feldstärke und der mittleren freien Laufzeit (mittlere Zeit, zwischen Zusammenstößen des Elektrons mit dem Atomgitter des Materials).

Teilt man die letzte Gleichung durch die Fläche und steckt man alle Eigenschaften des Stromes bis auf die elektrische Feldstärke in eine Konstante $\kappa$,der so genannte Material abhängige elektrische Leitwert, so erhält man die elektrische Stromdichte ${\vec {J}}$:

${\vec {J}}=\kappa {\vec {E}}$

Die Wirkung des Stromes

Wärmewirkung

Der durch einen Leiter hindurchfließende Strom führt dazu, dass der Leiter sich erwärmt. Die Erwärmung nimmt quadratisch mit der Stromstärke zu. Die Erwärmung ist stärker in dünneren Leitungen. Deswegen sind Zuleitungen zu Geräten die viel Strom brauchen besonders dick: Die Zuleitung zu einer Waschmaschine ist dicker als die Zuleitung zu einem Radio.

Magnetische Wirkung

Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld. Stromdurchflossene Leiter lenken einen Kompass ab. Das kann bei Gleichstrom und niederfrequentem Wechselstrom beobachtet werden.

Transport von Metallionen im galvanischen Bad

Der Strom transportiert im galvanischen Bad Metallionen von Plus nach Minus. Das kann ausgenutzt werden, um auf leitende Bauteile eine metallische Schicht aufzubringen.

 

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