Elektrischer Strom & Ohmsches Gesetz
In dieser Lektion lernst du, was elektrischer Strom ist, wie Spannung, Widerstand und Stromstärke zusammenhängen und wie das Ohmsche Gesetz im Alltag angewendet wird.
- Fach: Physik
- Klasse 8
- Thema: Elektrizität
- Dauer: 12 Min
- Niveau: Mittel
Was ist elektrischer Strom?
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern, meist Elektronen, in einem Leiter. Damit Strom fließen kann, braucht es eine Spannungsquelle und einen geschlossenen Stromkreis.
Unterbricht man den Kreis an einer einzigen Stelle – zum Beispiel mit einem Schalter –, fließt nirgendwo mehr Strom. Deshalb geht bei einer alten Lichterkette die ganze Kette aus, wenn ein einzelnes Lämpchen kaputt ist.
Drei Größen beschreiben, was in diesem Kreis passiert. Die Spannung ist der Antrieb: Sie gibt an, wie stark die Ladungsträger gedrängt werden. Die Stromstärke sagt, wie viele Ladungsträger pro Sekunde durch den Leiter kommen. Und der Widerstand beschreibt, wie stark ein Bauteil sie dabei behindert. Ein dünner Draht setzt dem Strom mehr entgegen als ein dicker – genau wie eine enge Straße weniger Autos durchlässt als eine breite.
Diese drei Größen hängen fest zusammen: Erhöhst du bei gleichem Widerstand die Spannung, steigt auch die Stromstärke. Erhöhst du bei gleicher Spannung den Widerstand, sinkt sie. Genau diesen Zusammenhang beschreibt das Ohmsche Gesetz.
Das Ohmsche Gesetz
Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung U, dem elektrischen Widerstand R und der Stromstärke I.
- U
- Spannung (in Volt, V)
- R
- Widerstand (in Ohm, Ω)
- I
- Stromstärke (in Ampere, A)
Ohmscher oder nichtohmscher Widerstand?
Das Ohmsche Gesetz U = R · I gilt streng nur, wenn der Widerstand R eines Bauteils konstant bleibt, egal wie groß Spannung und Stromstärke sind. Solche Bauteile heißen ohmsche Widerstände. Bei vielen Bauteilen ändert sich R aber mit der Temperatur oder der Spannung – dann spricht man von einem nichtohmschen Widerstand.
Ohmscher Widerstand
R bleibt bei jeder Spannung und Stromstärke gleich groß.
Beispiele
- ein Kupferdraht bei annähernd gleichbleibender Temperatur
- die meisten Metalldraht-Widerstände in Bauteilen
Signalwörter
- U-I-Graph ist eine Gerade durch den Nullpunkt
- Verdoppelt sich U, verdoppelt sich auch I
- R lässt sich mit U = R · I direkt berechnen
Nichtohmscher Widerstand
R ändert sich, wenn sich Temperatur, Spannung oder Stromstärke ändern.
Beispiele
- der Glühfaden einer Glühlampe wird beim Leuchten sehr heiß
- Halbleiter-Bauteile wie Dioden
Signalwörter
- U-I-Graph ist eine Kurve, keine Gerade
- R bei kaltem Faden kleiner als bei heißem Faden
- U = R · I gilt nur für einen einzigen Momentanwert
| Bauteil | Widerstand | Verhalten |
|---|---|---|
| Kupferdraht (1 m, 1 mm²) | etwa 0,017 Ω | ohmsch, nahezu konstant |
| Glühlampenfaden, kalt | etwa 50 Ω | nichtohmsch, steigt beim Erhitzen stark an |
| trockene Haut | über 100.000 Ω | schützt vor gefährlichem Stromfluss |
| nasse Haut | etwa 1000 Ω | lässt deutlich mehr Strom fließen |
Typische Fehler beim Ohmschen Gesetz
Der häufigste Fehler: Vorsätze wie Milli- oder Kilo- werden beim Einsetzen vergessen. Eine Stromstärke von 250 mA ist 0,25 A, nicht 250 A. Wird das nicht umgerechnet, kommt bei der Spannung ein Ergebnis heraus, das um den Faktor 1000 zu groß ist. Dieselbe Falle gibt es bei Widerständen: 4,7 kΩ sind 4700 Ω.
Ein zweiter Fehler ist das falsche Umstellen der Formel. Aus U = R · I folgt durch Teilen beider Seiten durch R die Form I = U/R, und durch Teilen durch I die Form R = U/I. Wer stattdessen versucht, R = U · I zu rechnen, erhält ein sinnloses Ergebnis mit einer ebenso sinnlosen Einheit.
Ein dritter Fehler betrifft die Reihenfolge: Manche setzen ohne Nachdenken irgendeine Zahl für U, R oder I ein, ohne vorher zu prüfen, welche zwei Größen tatsächlich gegeben sind. Schreibe deshalb immer zuerst „gegeben“ und „gesucht“ auf, bevor du eine Formel wählst.
Alltagsbezug: Sicherung, Fön und Stromschlag
Eine Haushaltssicherung schaltet den Stromkreis ab, sobald die Stromstärke einen festgelegten Wert übersteigt, meist 16 A. Steckst du zu viele starke Geräte gleichzeitig in eine Steckdosenleiste, etwa Fön, Wasserkocher und Heizlüfter, addiert sich die Stromstärke, bis die Sicherung auslöst – ein eingebauter Schutz vor Überhitzung der Leitungen.
Der Widerstand deines Körpers entscheidet mit darüber, wie gefährlich ein Stromschlag ist. Trockene Haut hat einen hohen Widerstand von oft über 100.000 Ω und lässt deshalb bei denselben 230 V nur eine kleine, meist ungefährliche Stromstärke fließen. Nasse Haut hat dagegen einen viel kleineren Widerstand, wodurch bei gleicher Spannung eine deutlich größere und potenziell gefährliche Stromstärke fließt. Das ist der Grund, warum man Elektrogeräte nie mit nassen Händen bedienen sollte.
Beispielrechnung
Ein Widerstand von 50 Ω wird an eine Spannung von 10 V angeschlossen. Wie groß ist die Stromstärke?
Gegeben:
- U10 V
- R50 Ω
Gesucht:
ILösung:
- IUR
- I10 V50 Ω
- I0,2 A
Die Stromstärke beträgt 0,2 A.
Gesuchter Widerstand
Ein Bauteil wird an eine Spannung von 12 V angeschlossen. Ein Messgerät zeigt eine Stromstärke von 300 mA. Wie groß ist der Widerstand des Bauteils?
Gegeben:
- U12 V
- I300 mA
Gesucht:
RLösung:
- Erst umrechnen: I300 mA0,3 A
- Formel nach R umstellen: RUI
- R12 V0,3 A
- R40 Ω
Der Widerstand beträgt 40 Ω. Ohne die Umrechnung von Milliampere in Ampere käme ein tausendfach zu kleiner Wert heraus.
Jetzt bist du dran!
Welche Einheit hat der elektrische Widerstand?
Noch nicht. Der Widerstand wird in Ohm (Ω) gemessen – benannt nach Georg Simon Ohm.
Das Wichtigste in Kürze
- Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern.
- Das Ohmsche Gesetz lautet: U = R · I.
- Je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke (bei konstantem Widerstand).
- Der Widerstand gibt an, wie stark ein Bauteil den Stromfluss hemmt.
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Häufige Fragen zu Elektrischer Strom & Ohmsches Gesetz
- Was besagt das Ohmsche Gesetz einfach erklärt?
- Das Ohmsche Gesetz sagt, dass Spannung, Widerstand und Stromstärke fest zusammenhängen: U = R · I. Je größer die Spannung bei gleichem Widerstand, desto größer die Stromstärke. Je größer der Widerstand bei gleicher Spannung, desto kleiner die Stromstärke. Es gilt aber nur für Bauteile, deren Widerstand konstant bleibt, sogenannte ohmsche Widerstände.
- Wie berechnet man die Stromstärke?
- Die Stromstärke berechnest du mit I = U/R, also Spannung geteilt durch Widerstand. Wichtig ist, beide Größen vorher in die Grundeinheiten Volt und Ohm umzurechnen. Bei U = 10 V und R = 50 Ω ergibt sich I = 10 V / 50 Ω = 0,2 A. Das Ergebnis steht automatisch in Ampere, wenn die Eingangsgrößen in Volt und Ohm eingesetzt wurden.
- Was ist der Unterschied zwischen Spannung und Stromstärke?
- Die Spannung ist der Antrieb, der die Ladungsträger durch den Stromkreis drängt, gemessen in Volt. Die Stromstärke gibt an, wie viele Ladungsträger tatsächlich pro Sekunde durch den Leiter fließen, gemessen in Ampere. Eine hohe Spannung führt nur dann zu einer hohen Stromstärke, wenn der Widerstand im Stromkreis klein genug ist.
- Welche Einheit hat der elektrische Widerstand?
- Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen, abgekürzt mit dem griechischen Buchstaben Ω, benannt nach Georg Simon Ohm. Ein Widerstand von 1 Ω lässt bei einer Spannung von 1 V genau eine Stromstärke von 1 A fließen. Größere Widerstände werden oft in Kiloohm (kΩ) oder Megaohm (MΩ) angegeben.
- Gilt das Ohmsche Gesetz für jedes Bauteil?
- Nein, es gilt streng nur für ohmsche Widerstände, bei denen R bei jeder Spannung gleich groß bleibt, etwa bei den meisten Metalldrähten. Bei nichtohmschen Bauteilen wie einer Glühlampe oder einer Diode ändert sich der Widerstand mit der Temperatur oder der Spannung. Dort lässt sich U = R · I nur für einen einzelnen Momentanwert verwenden, nicht als feste Gerade im Diagramm.
- Warum ist ein Stromschlag mit nassen Händen gefährlicher?
- Nasse Haut hat einen viel kleineren elektrischen Widerstand als trockene Haut. Bei gleicher Netzspannung von 230 V treibt ein kleinerer Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz eine größere Stromstärke durch den Körper. Deshalb sollte man Elektrogeräte, Steckdosen und Lichtschalter nie mit nassen Händen berühren.
- Wie rechnet man Milliampere in Ampere um?
- Ein Ampere entspricht 1000 Milliampere, deshalb teilst du einen Wert in Milliampere durch 1000, um ihn in Ampere umzurechnen. 250 mA sind also 0,25 A. Diese Umrechnung ist beim Ohmschen Gesetz besonders wichtig, weil ein vergessener Faktor 1000 das gesamte Ergebnis unbrauchbar macht.
- In welcher Klasse lernt man das Ohmsche Gesetz?
- Das Ohmsche Gesetz wird meist in der achten Klasse im Fach Physik im Rahmen der Elektrizitätslehre eingeführt. Vorausgesetzt werden Grundkenntnisse zum einfachen Stromkreis sowie zu Spannung und Stromstärke. Darauf bauen später Reihen- und Parallelschaltung sowie die elektrische Leistung auf.
Wiederhol diese Fragen später mit deinem Lernkarten-Trainer.