Formeln und Einheiten

Strom

Der elektrische Strom bezeichnet den Fluss von Ladungsträgern, z.B. Elektronen, in einer bestimmten Zeit durch feste, flüssige oder gasförmige Stoffe. Er besteht aus dem Quotient von Ladung und der Zeit und wird nach dem französischen Physiker und Mathematiker  Andre‘ Ampe’re in Ampere gemessen. Als Formelzeichen wird groß I benutzt.

Fließt also eine  bestimmte elektrische Ladung in einer bestimmten Zeit (Strom fließt annähernd in Lichtgeschwindigkeit) durch einen Widerstand, kann man eine bestimmte Stromstärke berechnen. Bei seiner Bewegung durch einen Leiter (am besten aus Kupfer) berühren die Elektronen einander und erzeugen dabei durch Reibung Wärme.
Im Grunde vereinigen sich die zuvor getrennten elektrischen Ladungen (wodurch die Spannung auftritt) und erzeugen beim Ladungsausgleich den elektrischen Strom.

Spannung

Die elektrische Spannung U setzt sich aus der Energie bzw. Arbeit W dividiert durch die elektrische Ladung Q zusammen. Einfacher gesagt, bezeichnet sie die benötigte Energie um eine Ladung in einem elektrischen Feld zu bewegen. Nach ihrem Entdecker Alessandro Volta wird sie in Volt angegeben und besitzt als Formelzeichen groß U, abgeleitet aus dem lateinischen „urgere“ (drängen, drücken). Sie wird also gebraucht, um die Ladungen durch Leitungen zu drücken.

Widerstand

Der elektrische Widerstand wird nach seinem Entdecker Georg Ohm in Ohm gemessen und besitzt als Formelzeichen das große R von Resistance. Errechnet wird er aus dem Quotienten der Spannung und Stromstärke.

Am einfachsten erklären könnte man den ohmschen Widerstand als etwas was den Stromfluss aufhält und dabei die elektrische Energie in eine andere Energieform umwandelt. Er ist das Maß für die erforderliche Spannung um einen bestimmten Strom fließen zu lassen. Ohmsche Widerstände bestehen aus unterschiedlichen Materialien, die dadurch unterschiedliche spezifische Widerstände besitzen. Abhängig ist die Größe des Widerstandes von der Temperatur, der bei Anstieg größer wird. Kommt zwischen der Spannungsquelle kein Widerstand vor, redet man vom Kurzschluss, wobei der Strom ungehindert und in voller Stärke von Plus- zum Minuspol fließen kann. In diesem Fall (voraus gesetzt es gibt keine Sicherungen) würde die Leitung glühen und die Spannung in die Knie gehen, was zur Zerstörung der Quelle führt.

Diese Widerstände bestehen im Endeffekt aus unseren Glühlampen, Fernsehern, Küchengeräten und Motoren und sollen den Strom dazu bringen, Dinge in Bewegung zu versetzen oder zu erwärmen.
Erwähnt seien hier noch die elektrischen Bauelemente in der Elektronik, die den Strom an bestimmten Stellen durch Widerstände begrenzen.

Leistung

Die elektrische Leistung bezeichnet die in einer bestimmten Zeit gelieferte oder bezogene Energie (oder Arbeit) bzw. die einer Maschine inne wohnende Fähigkeit mechanische Arbeit oder Wärme zu erzeugen. Das Formelzeichen groß P leitet sich aus dem englischen Power für Kraft oder Leistung ab und wird in Watt nach seinem Entwickler James Watt gemessen.

Berechnet wird die Leistung aus dem Produkt aus Stromstärke und Spannung und wird bei Energieerzeugungsanlagen angegeben um anzuzeigen wie viel geliefert werden kann, bei Verbrauchern allerdings wie viel Energie verbraucht wird. An Motoren ist bei der Angabe die mechanische Arbeit gemeint.

Bei einer Spannung von 100 Volt würde im Idealfall bei einem Widerstand von 100 Ohm ein Strom von 1 Ampere fließen. Somit besäße der Widerstand, in unserem Fallbeispiel eine Glühlampe, eine Leistung von 100 Watt.

Besonderheiten

Die oben beschriebenen Themen beziehen sich auf den sogenannten Idealfall, dass heißt es wird eine bestimmte konstante Temperatur angenommen und der Gleichstromfall wird voraus gesetzt.
Bedeutet: bei Temperaturschwankungen ändert sich auch der Widerstand nicht nur der Verbraucher, sondern auch der Leitungen, welche den Stromfluss beeinflussen.
Desweiteren kommen im Wechselstromfall einige Besonderheiten dazu, die die Berechnung um einige Größen erweitert und die Leistung in Wirk- und Blindleistung unterteilt.