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Warum fließt elektrischer Strom und wo entlang?

Warum fließt elektrischer Strom und wo entlang?

Veröffentlicht am 10.10.2022

Strom fließt. Das ist bekannt. Wie er fließt und in welche Richtung, das ist eine Frage, über die sich die Wissenschaft mehr als zwei Jahrtausende nicht im Klaren war.

Bild FlussBild Fluss

Im Fluss fließt Wasser. Die Quelle liegt höher als die Mündung, die Schwerkraft treibt das Wasser nach unten und es sucht sich dabei seinen Weg, weicht Hindernissen aus, umfließt sie, fließt mal schneller und mal langsamer, je nach Geländeformation und Untergrund.

Bild Batterien, StromflussBild Batterien, Stromfluss

Der Stromfluss ist dem des Flusses ähnlich. Auch für ihn gibt es eine Quelle und eine Mündung, nur liegen diese nicht weit entfernt voneinander wie beim Fluss, sondern meist recht dicht beieinander: die beiden Pole einer Batterie oder die beiden Löcher der Steckdose.

Während im Fluss Wasser der Schwerkraft gehorchend von oben nach unten fließt, war man sich lange Zeit nicht klar darüber, was da eigentlich fließt und schon gar nicht, in welche Richtung. Da elektrische Kräfte erstmals im Altertum beim Bernstein festgestellt worden waren, nutzte man Ελεκτρον, das griechische Wort für Bernstein, für diese exotische Kraft.

Flussbett muss sein

Der Fluss gräbt sich sein Bett ins Gelände. Dem Stromfluss müssen wir sein Bett bereiten. Ist kein „Leiter“ vorhanden, fließt Strom nicht, zumindest nicht unter „Nomalbedingungen“ – auch das war schon lange bekannt, ohne dass man über die Natur des elektrischen Stroms Näheres wusste.

Um zu fließen, benötigt der elektrische Strom eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Stromquelle und -senke. Quelle und Senke werden als Pole bezeichnet, beide besitzen unterschiedliche elektrische Potentiale. Der Unterschied zwischen beiden Potentialen ist die Spannung, deren Bestreben es ist, die beiden unterschiedlichen Potentiale auf ein gleiches Niveau zu bringen.

Dieser Ausgleich ist nur möglich, wenn Ladungsträger vom Pol mit dem höheren Potential zu jenem mit dem geringeren Potential fließen können. Ist der Potentialunterschied ausgeglichen, besteht keine Spannung mehr, es findet kein Stromfluss mehr statt.

Nicht jedes Material ist in der Lage, die elektrischen Ladungsträger zu befördern. Die meisten Metalle sind gute Leiter; reines Wasser, Kunststoffe, Glas, Holz und Gummi sind Nichtleiter.

Nichtleiter lassen sich deshalb zum Isolieren einsetzen, das heißt, mit ihnen können Stromleiter gegeneinander abgeschottet werden, so dass zwischen ihnen kein Strom fließt.

Bei den Leitern ist zu unterscheiden in gute und schlechte Leiter, genauso wie Wasser in manchem Gelände besser fließt, in anderem schlechter. Verbindet man die zwei Pole einer Spannungsquelle durch einen guten Leiter miteinander, entsteht ein Kurzschluss, und die Spannungsquelle entlädt sich schlagartig. Der Nutzen des elektrischen Stromflusses liegt in den schlechten Leitern, die als „Verbraucher“ Strom in andere, für uns verwertbare Energien umwandeln, zum Beispiel in Wärme, Licht oder Bewegung.

Die Stromrichtung

All diese Erkenntnisse führten aber nicht dazu, die Art und Fließrichtung des elektrischen Stroms ermitteln zu können, weswegen man willkürlich einen Pol als positiv definierte und den anderen negativ und die Fließrichtung von plus nach minus.

Dass sie damit total danebenlagen, kann man den Forschern früherer Zeiten nicht zum Vorwurf machen. Mit den Mitteln ihrer Zeit blieben ihnen nur Axiome, um einen gemeinsamen Duktus für den Umgang mit dieser Energie zu finden.

Inzwischen wissen wir, dass es negativ geladene Elektronen sind, die von Minus nach Plus wandern.

In der Elektrotechnik und Elektronik wird allerdings das alte Modell beibehalten, wonach Strom von Plus nach Minus fließt. Das ist auch nicht ganz verkehrt, man beobachtet halt die Gegenrichtung, den Weg der fehlenden Elektronen. So auch in diesem Heft!

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