Ein Stromkreis besteht aus einer leitenden Verbindung zwischen den beiden Polen einer Elektrizitätsquelle, in die noch mindestens ein Bauteil (Lampe) eingeschaltet ist, das den Stromfluß begrenzt.
Materialientest im Stromkreis: Kupfer ist ein Leiter, Kunststoffe sind Isolatoren.
Strom kann in Form eines Elektronenstrahls auch im Vakuum fließen
Stromfluß mikroskopisch betrachtet
Ein Musterbeispiel ist Silicium, das in Reinstform ein Isolator ist. Jedes Atom hat vier nächste Nachbarn. Jedes der vier Valenzelektronen bildet ein stabiles Bindungspaar; es bleiben keine freien Elektronen für einen Stromfluß.
Jedes Kupferatom gibt bei der Metallbindung Elektronen in ein gemeinsames ‘Elektronengas’. Damit sind Metalle automatisch sehr gute elektrische Leiter.
Elektrische Stromstärke
Liegt eine Spannung an einem Leiter an, so wirkt eine Kraft auf die frei beweglichen Leitungs-elektronen. Technische Stromrichtung: von Plus nach Minus. Deshalb wird der elektrische Strom als Quotient aus fließender Ladung Q und Zeitdifferenz t festgelegt.
Die Stromstärke wird mit analogen Drehspulinstru-menten oder digitalem Ampermeter gemessen.
Elektrischer Widerstand
Elektrische Bauteile Leiten den Strom bei einer bestimmten Spannung mehr oder weniger gut (elektrischer Widerstand R).
Vorsicht: der Widerstand einiger Bauteile ist nicht konstant.
Zur Überprüfung eignet sich ein U-I-Diagramm, das in einem Stromkreis mit einem Amperemeter und einem Voltmeter ermittelt wird. Findet man eine Ursprungs-gerade so ist R konstant.
Die Gleichung R=U/I nach U oder I aufzulösen macht nur Sinn, wenn R konstant ist.
Veränderliche Widerstände
In einem Halbleiter-material ändert sich der Widerstand mit der Temperatur; je höher, desto mehr Elektronen werden aus Bindungen ‘freigeschüttelt’. (Temperatursensor).
In einem Halbleiter-material mit großer Oberfläche und geringer Schichtdicke kann der Widerstand durch unter-schiedliche Lichtstärke sehr verändert werden. Jedes einfallende Lichtteilchen mit einer ausreichend großen Energie kann ein Elektron freisetzen. (Lichtsensor)
Kirchhoff’sche Gesetze
Elektrische Knoten:
Ik>0 für Strom aus dem Knoten
Ik<0 für Strom in den Knoten
Elektrische Masche:
Uk>0 für den Spannungsabfall über einem Widerstand, Spannungsquelle von + nach – Pol.
Uk<0 für Spannungsquelle von – nach + Pol
Kombination von Widerständen
Reihenschaltung:
Parallelschaltung:
Elektrischer Strom im Vakuum
Die Vakuumdiode mit den zwei Elektroden, der heißen Glühkathode (-) und der kalten Anode (+).
Die Ortsabhängigkeit des Feldes von der Raumladungsverteilung in einer Vakuum-diode.
Für sehr große Anodenspannungen ist die Strom-Spannungs-Kennlinie konstant (Sättigungsstrom). Die große Feldstärke saugt alle Ladungsträger ab (keine Raumladungszone).
Anwendung: Gleichrichtung einer Wechselspannung.
Elektrischer Strom im Gas
Man bezeichnet das Auftreten eines elektrischen Stroms in einem Gas als Entladung. In allen Fällen werden die Gasatome ionisiert (d.h. in ein Elektron und ein positives Ion zerlegt).
Rekombinationsbereich Gültigkeit des Ohm’schen Gesetzes
Sättigungsbereich alle Elektron-Ion-Paare erreichen die Elektroden
