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Stromstärke

Formelzeichen: I
Synonyme: elektrische Stromstärke, Stromintensität (obsolet)

1 Definition

Die Stromstärke ist eine physikalische Größe aus der Elektrizitätslehre, die die Stärke eines elektrischen Stromes angibt. Im einfachsten Fall eines konstanten Stromflusses ist die Stromstärke die durch einen Querschnitt geflossene und auf eine betrachtete Zeitspanne bezogene Ladungsmenge.

2 Physikalische Grundlagen

Unter einem Stromfluss versteht man den Fluss von elektrischen Ladungsträgern. In Metallen sind diese Ladungsträger Elektronen, in Elektrolytlösungen sind positive und negative Ionen die beweglichen Träger der elektrischen Ladung. Die Stromstärke I gibt an, welche Ladungsmenge ΔQ in der Zeit Δt verschoben wird:

Stromstärke I = ΔQ/Δt

Die SI-Einheit ist Ampere. Ein Strom hat die Stärke von 1 Ampere, wenn pro Sekunde die Ladung 1 Coulomb, also die Ladung von 6,25 · 1018 Elektronen, verschoben wird.

2.1 Geschichte

Früher wurde die Einheit der Stromstärke gemessen, indem man einen Strom durch eine Elektrolytlösung schickte, z.B. durch eine Silbernitratlösung (AgNO3). Die Kationen, bei einer Silbernitratlösung also die Ag+-Ionen, schlagen sich an der negativen Elektrode nieder. Auf diesem Weg wurde definiert: 1 Ampere ist die Stromstärke, bei der pro Sekunde in einer wässrigen Silbernitratlösung 1,11800 mg Silber abgeschieden wird. Auf dieselbe Weise war das Coulomb als Einheit der Ladung definiert: 1 Coulomb ist die Ladung, die in einer wässrigen Silbernitratlösung 1,11800 mg Silber abscheidet.

2.2 Prinzip der Messung

Seit 1948 ist das Ampere über die elektromagnetische Kraft definiert, also im Prinzip auf dieselbe Art und Weise, wie die Stromstärke in Amperemetern oder die Spannung in Voltmetern gemessen wird. Dabei handelt es sich um Drehspulmessgeräte: der zu messende Strom fließt durch eine Spule, die zwischen zwei Magnetpolen drehbar befestigt ist. Der Stromfluss erzeugt in der Spule ein Magnetfeld. Je stärker das Magnetfeld ist, desto weiter dreht sich die Spule aus ihrer Ruhelage. Will man Wechselstrom messen, muss dieser zunächst mit einem Gleichtrichter in Gleichstrom umgewandelt werden.

2.3 Amperemeter

Amperemeter sind Messgeräte, die die Amperezahl feststellen, also die Stromstärke messen. Sie werden in Reihe geschaltet, damit der Strom, den sie messen sollen, durch sie hindurchfließen kann. Der Innenwiderstand ist möglichst gering, damit der Gesamtwiderstand der Schaltung durch die Messung möglichst wenig erhöht wird.

3 Zusammenhänge mit anderen Größen

3.1 Elektrische Ladung

Ein Coulomb ist die Ladungsmenge, die einem Stromfluss von einem Ampere Stärke und einer Sekunde Dauer entspricht. Deshalb wird statt Coulomb (C) auch häufig die Bezeichnung Amperesekunde (As) verwendet:

1 Coulomb = 1 Amperesekunde

3.2 Elektrische Spannung

Die elektrische Spannung ist die Triebkraft des elektrischen Stromflusses. Ein Volt ist die Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten A und B, wenn beim Stromfluss je Coulomb verschobener Ladung die Energie ein Newtonmeter frei wird:

1 Volt = 1 Newtonmeter/1 Coulomb = 1 Joule/1 Coulomb = 1 Wattsekunde/1 Coulomb

Außerdem gilt die Proportionalität zwischen Spannung und Stromstärke:

U ~ I

3.3 Elektrische Arbeit

Coulomb ist das Produkt von Ampere und Sekunde. Deshalb ergibt sich die elektrische Arbeit als Produkt aus Spannung, Stromstärke und Zeit.

1 Wattsekunde = 1 Volt · 1 Ampere · 1 Sekunde

3.4 Elektrische Leistung

Generell versteht man unter Leistung die pro Zeiteinheit verrichtete Arbeit. Entsprechend ergibt sich die elektrische Leistung als:

1 Watt = 1 Volt · 1 Ampere

3.5 Elektrischer Widerstand

Je höher der Widerstand, desto geringer die Stromstärke:

elektrischer Widerstand [Ohm] = Spannung [Volt]/Stromstärke [Ampere]

3.6 Das ohmsche Gesetz

Das Ohm'sche Gesetz stellt die Beziehung zwischen Widerstand R, Spannung U und Stromstärke I her:

R = U/I bzw. I = U/R bzw. U = R · I

4 Bedeutung für die Medizin

4.1 Elektrotherapie

Als Elektrotherapie wird die medizinische und physiotherapeutische Anwendung von elektrischem Strom bezeichnet. Es gibt mehrere, unterschiedliche Verfahren, denen gemeinsam ist, dass Gleich- oder Wechselstrom durch den Körper fließt.

4.2 Stromunfall

Ein Stromunfall ist eine Verletzung (Trauma) durch elektrischen Strom. Durch einen Stromunfall kann ein Mensch schwere Verletzungen oder den Tod durch Herzrhythmusstörungen erleiden, da er Teil des Stromkreises wird.

4.3 Defibrillator

Ein Defibrillator ist ein Gerät, mit dem eine sog. Defibrillation durchgeführt werden kann. Der Begriff Defibrillation bedeutet sinngemäß Entflimmerung. Hierbei wird mittels geeigneter großflächiger Elektroden elektrischer Strom an den Herzmuskel abgegeben.

5 Literatur

Volker Harms: Physik für Mediziner und Pharmazeuten, Harms Verlag, 15. Auflage

Schatz, Tammer: Erste Hilfe - Chemie und Physik für Mediziner, Springer Verlag

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