Spannung und Stromstärke

Die Spannung U beschreibt, wie stark eine Quelle die Ladungsträger antreibt. Sie ist ein Unterschied zwischen zwei Punkten: zwischen Plus- und Minuspol einer Batterie oder zwischen den beiden Anschlüssen einer Lampe. Deshalb sagt man immer „die Spannung zwischen zwei Punkten“. Gemessen wird sie in Volt (V). Eine Mignonzelle liefert 1,5 V, eine Haushaltssteckdose 230 V.

Die Stromstärke I beschreibt dagegen, wie viel Ladung pro Sekunde durch einen Querschnitt der Leitung wandert. Sie ist eine Durchfluss-Größe und wird in Ampere (A) gemessen. 1 A bedeutet, dass pro Sekunde die Ladung 1 C durch die Leitung fließt. Ein Handy-Ladegerät zieht etwa 1 A, ein Wasserkocher rund 9 A.

Genau hier liegt der häufigste Fehler: Viele schreiben „der Strom im Kabel ist 230 V“. Das ist falsch, denn 230 V ist eine Spannung. Merk dir den Unterschied am Messen. Ein Voltmeter schließt du parallel zum Bauteil an, also daneben, weil du einen Unterschied zwischen zwei Punkten bestimmst. Ein Amperemeter musst du in Reihe einbauen, also den Kreis auftrennen und das Gerät dazwischensetzen, weil der Strom hindurchfließen muss.

Der häufigste Fehler ist das Vertauschen der Einheiten: Volt, Ampere und Ohm werden in Klassenarbeiten gern durcheinandergebracht, obwohl sie völlig verschiedene Größen bezeichnen. Volt gehört zur Spannung, Ampere zur Stromstärke und Ohm zum elektrischen Widerstand. Steht in einer Aufgabe eine Zahl mit der Einheit V, ist damit niemals eine Stromstärke gemeint, auch wenn umgangssprachlich oft ungenau von „230 Volt Strom“ die Rede ist.

Ein zweiter klassischer Fehler betrifft den Anschluss der Messgeräte. Wird ein Amperemeter versehentlich parallel zu einem Bauteil geschaltet statt in Reihe, fließt wegen seines sehr geringen Innenwiderstands ein sehr hoher Strom durch das Gerät – das kann die Sicherung auslösen oder das Messgerät beschädigen. Umgekehrt liefert ein in Reihe geschaltetes Voltmeter wegen seines hohen Innenwiderstands fast keinen brauchbaren Ausschlag, weil kaum Strom durch den Kreis fließen kann.

Drittens verwechseln viele Schülerinnen und Schüler die Reihenfolge beim Umstellen von Formeln, etwa beim Ohmschen Gesetz. Wer U = R · I nach I umstellt, muss durch R teilen und darf R nicht einfach abziehen. Ein sauberer, schriftlicher Rechenweg mit allen Zwischenschritten verhindert genau diesen Fehler.

Spannungen begegnen dir überall, auch wenn du sie nicht siehst. Eine einzelne Batteriezelle liefert etwa 1,5 V, das reicht für eine Taschenlampe oder eine Fernbedienung, ist aber ungefährlich, weil dein Körperwiderstand viel zu hoch ist, um bei so geringer Spannung einen spürbaren Strom fließen zu lassen. Eine Autobatterie liefert bereits 12 V und kann in Reihe geschaltete Zellen mit deutlich mehr Energie liefern als eine einzelne Batterie.

Die Haushaltssteckdose liefert in Deutschland 230 V. Diese Spannung ist bereits gefährlich: Sie kann bei Berührung einen Strom durch den Körper treiben, der Muskeln verkrampfen lässt und das Herz aus dem Takt bringen kann. Deshalb sind Steckdosen mit Schutzkontakten und Sicherungen ausgestattet, die den Stromkreis im Fehlerfall sofort unterbrechen. Überlandleitungen transportieren Strom sogar mit bis zu 380 000 V, weil sich hohe Spannung über weite Strecken verlustärmer transportieren lässt als hohe Stromstärke.