Grundlagen Spannung, Strom und Widerstand

Strom, Spannung, Widerstand und Leistung sind Kenngrößen in der Elektronik. Hier erkläre ich sie mit der Wasseranalogie. 

Vom Wasser zur Erkenntnis

Sagen wir, du willst dir die Hände unter einem Wasserhahn waschen. Am Wasserhahn liegt bereits Druck (Spannung) an, aber es fließt kein Wasser, da er noch nicht aufgedreht ist (unendlicher Widerstand). Nun öffnest du den Wasserhahn ein bisschen (großer Widerstand). Es fließt ein kleiner Wasserstrahl (kleiner Strom). Er läuft im Abfluss ab (geschlossener Stromkreis). Mit ihm kannst du dir die Hände kaum waschen (geringe Leistung). Nun drehst du voll auf (kleiner Widerstand). Der Strahl perlt kraftvoll heraus (großer Strom). Das Händewaschen funktioniert sehr gut (große Leistung).

Hände waschen
Bild von Todd Baker, CC-BY

Elektrische Spannung

Stell dir die Spannung wie den Druck in einer Wasserleitung vor. Je mehr Druck, desto mehr Wasser – oder in diesem Fall Strom – kann fließen. 

Spannung Vergleich

Spannung wird in Volt (V) angegeben, das Formelzeichen ist U.

Die Spannung kommt aus einer Spannungsquelle, z.B. einer Batterie (z.B. 1,5V), einem Akku (z.B. 1,2V) oder einer Steckdose (230V). 

Achtung! Die Spannung einer Steckdose (230V) ist so hoch, dass sie für den Menschen tödlich sein kann. 

Elektrischer Strom

Der elektrische Strom ist wie die Menge an Wasser, die durch eine Wasserleitung fließt. Er gibt an, wie viele Elektronen (bewegliche Ladungsträger) durch ein leitfähiges Material (z.B. ein Kabel oder ein elektrisches Bauteil wie eine LED) fließen.

Je mehr Elektronen, desto höher der Strom.

Der Strom wird in Ampere (A) oder Milli-Ampere (mA) angegeben. Das Formelzeichen ist I.

Es gibt Gleichstrom und Wechselstrom. 

Gleichstrom und Wechselstrom

Beim Gleichstrom bewegen sich die Elektronen immer vom Minuspol der Spannungsquelle zum Pluspol. (Batterien, Akkus, Ladegeräte)

Beim Wechselstrom bewegen sich die Elektronen immer hin und her da sich – vereinfacht gesagt – die Pole der Spannungsquelle ständig umkehren. (Steckdose)

Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung ist abhängig von der Spannung und vom Strom:

Leistung = Spannung * Strom

P = U * I

Je mehr Spannung und je mehr Strom, desto höher die Leistung, also z.B. desto schneller ein Motor, desto heller eine Lampe, desto lauter eine Musikanlage.

Elektrischer Widerstand

Wie das Wasser durch den Querschnitt eines Rohres, wird in einem Stromkreis der Stromfluss vom elektrischen Widerstand begrenzt. 

Je höher der Widerstand, desto weniger Strom kann fließen. Elektrische Leiter, z.B. Kupferkabel, haben einen sehr kleinen Widerstand. 

Der Widerstand von elektronischen Bauteilen wird Innenwiderstand genannt. Eine LED hat z.B. einen sehr kleinen Innenwiderstand. Sie begrenz den Stromfluss also kaum. Leider wird sie bei zu hohen Strömen zerstört, weshalb man selbst dafür sorgen muss, dass der Strom nicht zu groß wird. Man schaltet sie deshalb mit einem Widerstand (Bauteil) in Reihe. 

Der Widerstand wird in Ohm (Ω) angegeben. Das Formelzeichen ist R.

Er berechnet sich nach dem ohmschen Gesetz:

R = U / I 

Eselsbrücke

Merke dir das Wort URI-Formel: U=R*I 

Schaltungsarten

Die wichtigsten Schaltungsarten sind die Reihenschaltung und die Parallelschaltung.

Vergleich Reihenschaltung Parallelschaltung

Reihenschaltung (Spannungsteiler)

 Bei der Reihenschaltung werden elektrische Bauteile in Reihe, also hintereinander weg geschaltet. Bei dieser Art der Schaltung teilen sich alle Bauteile die anliegende Spannung, weshalb die Reihenschaltung auch Spannungsteiler genannt wird. Der Strom ist in allen Bauteilen gleich. 

Schaltet man eine Reihe von LEDs hintereinander, so leuchten sie alle schwach, da sich die Spannung aufteilt und an jeder LED nur eine kleine Spannung abfällt.

Parallelschaltung (Stromteiler)

Bei der Parallelschaltung sind alle Bauteile parallel angeordnet. Sie teilen sich den verfügbaren Strom, weshalb diese Schaltung auch Stromteiler genannt wird. An allen Bauteilen liegt die gleiche Spannung an.

Schaltet man LEDs parallel, so leuchten alle LEDs gleich hell.

Titelbild: BlazerMan, CC-BY

Hast du weitere Fragen? Probier doch mal unser brandneues Forum zu Arduino aus!

2 thoughts on “Grundlagen Spannung, Strom und Widerstand

  1. Na endlich mal hab ich ausreichend Klarheit.

    Der Begriff „endloser Wiederstand“ ist fuer mich Schluesselwort um festzuhalten das ein Wiederstand kein „Verbraucher“ ist, womit ich stets noch ein Problem hatte es zu widerlegen.

    Und das Gewicht in der Darstellung des Prinzips von Spannung ist auch sehr einleuchtend.

    Danke.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Ich akzeptiere

 

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.