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Ladung
Elektrizität besteht aus elektrischer Ladung. Es ist wichtig, zunächst das
Konzept von elektrischer Ladung zu verstehen.
Es gibt positive und negative Ladungen. Unterschiedliche Ladungen ziehen sich
an und sind bestrebt sich gegenseitig aufzuheben und so einen neutralen,
ungeladenen Zustand herzustellen.
In einem System mit einem positiv geladenen und einem negativ geladenen Ende
(zum Beispiel einer Batterie) nennt man die geladenen Enden Plus-Pol und
Minus-Pol.
Das Formelzeichen der Ladung ist Q
, ihre Einheit ist das Coulomb mit
dem Einheitszeichen C.
Formelzeichen und Einheitszeichen
Mit einem Formelzeichen wird eine physikalische Grösse bezeichnet. Z.Bsp. sind
t
für Zeit (time) und l
für Länge (length) häufig verwendete
Formelzeichen. Diese sagen jedoch nichts über die Einheit aus. So kann man
Zeit zum Beispiel in Sekuden oder Stunden messen. Für diese Einheiten gibt es
Einheitszeichen die nicht nur die physikalische Grösse sondern auch eine
Einheit angeben. Z.bsp: s für Sekunden oder h für Stunden.
Wird ein Formelzeichen mehrmals benötigt, z.Bsp. weil unterschiedliche
Ladungen betrachtet werden, dann werden diese üblicherweise mit Indices
(angehängten Nummern die oftmals tiefgestellt gesetzt werden) voneinander
unterscheidbar gemacht.
In einer Gleichung werden in der Regel entweder ausschliesslich Formelzeichen
oder ausschliesslich Einheitszeichen verwendet. Manchmal hat ein Buchstabe sowohl als
Formelzeichen als auch als Einheitszeichen eine grosse Verbreitung. So ist
z.Bsp. s
als Formelzeichen für die Strecke durchaus üblich.
Lediglich um Formelzeichen konkreten Werten zuzuordnen werden Formelzeichen
und Einheitszeichen in einer Gleichung verwendet:
Wenn möglich setzen wir in den Texten auf diesen Seiten Formelzeichen kursiv,
Einheitszeichen fett und Indices tief.
Strom
Bewegte elektrische Ladungen heissen elektrischer Strom. Elektrischer Strom
entsteht, da Ladungen bemüht sind sich gegenseitig zu neutralisieren und sich
daher aufeinander zubewegen.
Bei fliessendem Wasser würde man den Strom beispielsweise in Litern pro Sekunde
messen. Elektrischer Strom wird in Coulomb pro Sekunde gemessen. Diese Einheit
hat einen eigenen Namen: Das Ampere mit dem Einheitszeichen A.
Das Formelzeichen des elektrischen Stromes ist übrigens I
.
Wenn Strom fliesst dann fliessen die positiven Ladungen vom Plus-
zum Minus-Pol und die negativen Ladungen vom Minus- zum
Plus-Pol. Der Einfachheit halber betrachtet man immer nur eine Ladungsart. In
der Elektronik betrachtet man für gewöhnlich nur die positiven Ladungen und
sagt daher, der Strom fliesse vom Plus- zum Minus-Pol. Dieses Bild nennt man
" technische Stromrichtung".
Stromkreis, Kirchhoffsche Regel
Der Strom in einem Stromkreis wird nicht weniger. Derselbe Strom, der aus
der Batterie fliesst, fliesst auch wieder in sie zurück.
Verallgemeinert gilt für jeden Punkt einer Schaltung und für jede
Teilschaltung: Die Summe der zufliessenden Ströme ist gleich der Summe der
abfliessenden Ströme. Dieses Naturgesetz nennt man die erste
Kirchhoffsche Regel.
Das erste Experiment und der erste Schaltplan
![[Bild: multimeter.png]](multimeter.png)
Der erste Versuchsaufbau ist relativ trivial: Strom fliesst aus dem
Plus-Pol einer Batterie ( technische Stromrichtung!), durch einen Verbraucher
und über den Minus-Pol der Batterie in diese zurück.
Das Bild auf der linken Seite zeigt den entsprechenden Schaltplan. Ein
Schaltplan ist eine grafische Repräsentation einer Schaltung. Schaltpläne
erleichtern es Schaltungen zu entwerfen und zu dokumentieren.
Das Symbol auf der linken Seite im Schaltplan steht für eine Batterie und das
Symbol auf der Rechten für einen elektrischen Widerstand, den wir hier als
Platzhalter für einen beliebigen Verbraucher eingesetzt haben. Die Linien
geben an wie die Teile miteinander zu verbinden sind.
Im Experiment ist der Verbraucher eine Lampe. Sowie der Versuch fertig
aufgebaut ist fliesst Strom und die Lampe leuchtet.
Alle Schaltpläne funktionieren nach diesem Muster: Es gibt Symbole für die
einzelnen Bauteile und diese werden mit Linien so miteinander verbunden, wie
sie in der realen Schaltung mit elektrischen Leitern (zum Beispiel Kabeln)
miteinander verbunden sind.
Um die Strommenge, die fliesst, zu messen müssen wir das Messgerät (Multimeter) mit
dem Verbraucher (Lampe) in Serie schalten. Jetzt fliesst der Strom der
durch die Lampe fliesst auch durch das Messgerät und die Anzeige im Messgerät
verrät uns wieviel Strom genau fliesst. Dieser Aufbau ist im unteren
Schaltplan dargestellt.
Manchmal möchte man in Schaltplänen den Strom einzeichnen, so wie wir es in
unserem Beispiel getan haben. Dann zeichnet man einfach neben den Symbolen
einen Pfeil der in die technische Stromrichtung zeigt und beschriftet ihn
entsprechend. (In unserem Beispiel heisst der Strom I1
).
Da in diesem Schaltplan überall der gleiche Strom fliesst (es gibt keine
Verzweigungen), ist es egal an welche Stelle man den Pfeil setzt. Es hat sich
jedoch eingebürgert den Strom immer horizontal in eine Schaltung
einzuzeichnen.
Errata zum Video
Das Element mit der Ordnungszahl 3 (Lithium) ist selbstverständlich ein
elektrischer Leiter.
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