Kapiteleinstieg: Gesetze des Stromkreises

Stromkreise

ShutterStock.com RF, New York (LesPalenik)

In diesem Kapitel stehen die Größe elektrischer Widerstand, sowie die Behandlung von elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke in unverzweigten und verzweigten Stromkreisen im Zentrum.

Die wichtigsten Inhalte und Gesetzmäßigkeiten des Kapitels sind:

Widerstand und Leitwert

Den Quotienten aus Spannung und Stromstärke nennt man elektrischen Widerstand. In metallischen Leitern ist der Widerstand $R = \frac{U}{I}$ konstant, wenn die Temperatur des Leiters konstant ist (Ohm'sches Gesetz).

Der elektrische Widerstand $R$ und sein Kehrwert $G = \frac{1}{R}$ , der elektrische Leitwert, sind Maße für die Leitungseigenschaft eines Gegenstands, aber aus unterschiedlichen Perspektiven: Der Leitwert beschreibt, wie gut die Elektronen das Objekt passieren, und der Widerstand beschreibt das Hindernis, das den Elektronen entgegengesetzt wird.

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Reihen- und Parallelschaltung

Bei Reihenschaltungen gilt: Die Stromstärke ist überall gleich der Gesamtstromstärke:

I_{ges} = {I_{1} = I}_{2}

Die Gesamtspannung ist so groß wie die Summe der Teilspannungen:

U_{ges} = U_{1} + U_{2}

Marzell, Alfred, Schwäbisch Gmünd

Für den Gesamtwiderstand einer Reihenschaltung aus zwei Widerständen gilt:

R_{ges} = R_{1} + R_{2}

Bei Parallelschaltungen gilt: Die Spannung ist in jedem Teilstromkreis gleich groß:

U_{ges} = {U_{1} = U}_{2}

Die Gesamtstromstärke ist so groß wie die Summe der Teilstromstärken:

I_{ges} = I_{1} + I_{2}

Marzell, Alfred, Schwäbisch Gmünd

Für den Gesamtwiderstand einer Parallelschaltung aus zwei Widerständen gilt:

\frac{1}{R_{ges}} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}}

Ausführliche Infos zu Stromstärke und Spannung in Reihen- und Parallelschaltungen

Ausführliche Infos zu Widerstand und Leitwert in Reihen- und Parallelschaltungen

Knoten- und Maschenregel

Knotenregel: In jedem Verzweigungspunkt ist die Summe der hinfließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme, es gilt:

{(I_{1} + I_{2} + \dots)}_{hinein} = {(I_{1} + I_{2} + \dots)}_{hinaus}

Maschenregel: Die Summe aller Teilspannungen ist gleich der Spannung der Quelle, es gilt:

U_{Quelle} = U_{1} + U_{2} + . . .

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Elektrische Energie und Leistung

Die Leistung (Energiestromstärke) $P$ gibt die übertragene Energie pro Zeit an: $P = \frac{∆ E}{∆ t}$

Das bedeutet umgekehrt: Die von einem Elektrogerät benötigte elektrische Energie ist das Produkt aus der angegebenen Leistung und der Zeitdauer, während der das Gerät „an“ ist: $∆ E = P \cdot ∆ t$

In Stromkreisen ist die Leistung gegeben durch das Produkt aus Spannung und Stromstärke: $P = U \cdot I$

Im Alltag wird die Leistung in Kilowatt (kW) gemessen und die Energie in Kilowattstunden (kWh).

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