Strom, Spannung, Widerstand und Leistung
Das Bild vom Wasserkreislauf
Abschnitt betitelt „Das Bild vom Wasserkreislauf“Stell dir eine Wasserleitung mit Pumpe vor. Die Pumpe erzeugt Druck, das Wasser fließt, ein enges Rohr bremst den Fluss. In der Elektrotechnik heißen diese drei Dinge:
| Wasser | Elektrotechnik | Formelzeichen | Einheit |
|---|---|---|---|
| Druck | Spannung | U | Volt (V) |
| Wassermenge pro Sekunde | Strom (Stromstärke) | I | Ampere (A) |
| Enge des Rohrs | Widerstand | R | Ohm (Ω) |
Die Spannung ist der „Antrieb”, der Strom das, was tatsächlich fließt, der Widerstand das, was ihn begrenzt. Ohne Spannung kein Strom. Ohne geschlossenen Kreis auch nicht: Strom fließt nur, wenn er von der Quelle durch den Verbraucher zurück zur Quelle kann. Deshalb hat jede Steckdose mindestens zwei Kontakte: Außenleiter L (hin) und Neutralleiter N (zurück).
Spannung U – der Antrieb
Abschnitt betitelt „Spannung U – der Antrieb“Die Spannung ist der Unterschied im elektrischen „Druck” zwischen zwei Punkten. In Deutschland liefert das Netz zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter 230 V (Wechselspannung, 50 Hz). Zwischen zwei Außenleitern sind es 400 V – dazu mehr auf der Seite Netz und Leiterfarben.
Merke: Spannung liegt zwischen zwei Punkten an. Man misst sie parallel zum Bauteil, also mit dem Messgerät zwischen den beiden Anschlüssen.
Typische Werte: Batterie AA 1,5 V · Autobatterie 12 V · Steckdose 230 V · Herd/Drehstrom 400 V · Mittelspannungsnetz 10–30 kV.
Strom I – was fließt
Abschnitt betitelt „Strom I – was fließt“Die Stromstärke sagt, wie viel Ladung pro Sekunde durch den Leiter fließt. 1 Ampere ist ein Coulomb pro Sekunde – das musst du nicht auswendig wissen, aber die Größenordnungen schon:
| Verbraucher | Strom bei 230 V |
|---|---|
| LED-Lampe 8 W | 0,035 A (35 mA) |
| Laptop-Netzteil 65 W | 0,3 A |
| Fernseher 100 W | 0,4 A |
| Staubsauger 900 W | 3,9 A |
| Wasserkocher 2 000 W | 8,7 A |
| Heizlüfter 2 000 W | 8,7 A |
| Steckdosenstromkreis, LS B16 | max. 16 A |
Strom misst man in Reihe – das Messgerät wird in den Stromkreis eingeschleift, oder du benutzt eine Stromzange um den Leiter herum. Ein Amperemeter parallel an 230 V ist ein Kurzschluss.
Gefahr für den Menschen: Schon etwa 30 mA durch den Körper können tödlich sein (Herzkammerflimmern). Darum lösen RCD/FI-Schutzschalter in Wohnungen bei 30 mA Fehlerstrom aus – siehe Schutzorgane.
Widerstand R – was bremst
Abschnitt betitelt „Widerstand R – was bremst“Jeder Leiter und jeder Verbraucher hat einen Widerstand. Ein langer, dünner Draht hat mehr Widerstand als ein kurzer, dicker. Kupfer leitet gut, Eisen schlechter, Kunststoff fast gar nicht (Isolator).
Für Leitungen gilt: Der Widerstand wächst mit der Länge und sinkt mit dem Querschnitt. Deshalb bekommt eine lange Zuleitung einen größeren Querschnitt – sonst geht Spannung auf dem Weg verloren (Spannungsfall) und die Leitung wird warm.
Faustwerte für Kupfer: 1,5 mm² ≈ 12 Ω pro km · 2,5 mm² ≈ 7,4 Ω pro km · 10 mm² ≈ 1,8 Ω pro km (je Ader).
Das Ohmsche Gesetz
Abschnitt betitelt „Das Ohmsche Gesetz“Die drei Größen hängen zusammen:
U = R · I – Spannung = Widerstand mal Strom
Umgestellt: I = U / R und R = U / I. Das ist die wichtigste Formel deiner Ausbildung. Ein Dreieck hilft beim Merken: U oben, R und I unten nebeneinander. Decke die gesuchte Größe zu – was übrig bleibt, ist die Rechnung.
Beispiel 1: Ein Heizlüfter hat 26,5 Ω. An 230 V fließt I = 230 V / 26,5 Ω ≈ 8,7 A.
Beispiel 2: Durch eine Glühlampe fließen 0,26 A bei 230 V. Ihr Widerstand ist R = 230 V / 0,26 A ≈ 885 Ω (im heißen Zustand).
Beispiel 3: An einem 12-V-Bordnetz fließen durch eine Lampe 2 A. R = 12 V / 2 A = 6 Ω.
Leistung P – wie viel Arbeit pro Sekunde
Abschnitt betitelt „Leistung P – wie viel Arbeit pro Sekunde“Die Leistung ist Spannung mal Strom:
P = U · I – Leistung in Watt (W), 1 000 W = 1 kW
Mit dem Ohmschen Gesetz kombiniert: P = U² / R und P = I² · R.
Beispiel: Wasserkocher 2 000 W an 230 V: I = P / U = 2 000 W / 230 V ≈ 8,7 A. Zwei Wasserkocher an einer Steckdosenleiste: 17,4 A – der LS B16 löst aus. Das ist kein Defekt, das ist Schutz.
Bei Wechselstrom mit Motoren kommt noch der Leistungsfaktor cos φ dazu (Scheinleistung S in VA, Wirkleistung P in W). Für ohmsche Verbraucher wie Heizung und Glühlampe ist cos φ = 1 – das reicht für den Anfang.
Energie W – Leistung mal Zeit
Abschnitt betitelt „Energie W – Leistung mal Zeit“Der Stromzähler zählt nicht Leistung, sondern Energie:
W = P · t – Energie in Kilowattstunden (kWh)
Beispiel: Heizlüfter 2 kW, 3 Stunden: W = 2 kW · 3 h = 6 kWh. Bei etwa 35 ct/kWh sind das 2,10 €. Eine LED-Lampe mit 8 W braucht für 6 kWh 750 Stunden.
Die Einheiten und ihre Vorsätze
Abschnitt betitelt „Die Einheiten und ihre Vorsätze“| Vorsatz | Faktor | Beispiel |
|---|---|---|
| m (milli) | 0,001 | 30 mA Auslösestrom RCD |
| k (kilo) | 1 000 | 2 kW Wasserkocher, 10 kV Mittelspannung |
| M (mega) | 1 000 000 | 1 MΩ Mindest-Isolationswiderstand |
Rechne immer in Grundeinheiten (V, A, Ω, W) und wandle erst am Ende um. Die meisten Rechenfehler in der Berufsschule sind Einheitenfehler.
Was du jetzt kannst
Abschnitt betitelt „Was du jetzt kannst“- Spannung, Strom, Widerstand, Leistung unterscheiden und ihre Einheiten nennen.
- Mit U = R · I und P = U · I jede fehlende Größe berechnen.
- Verstehen, warum ein LS-Schalter bei zu vielen Geräten auslöst und warum 30 mA für den Körper gefährlich sind.
Weiter geht es mit dem Netz, an dem all das hängt: Netz und Leiterfarben.
Teste dich
Abschnitt betitelt „Teste dich“🧠 Teste dich