Der Stromfluss ist dem des Wassers 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.
Plus, Minus, Null und Masse
Strom fließt von einer Spannungsquelle zu einer Spannungssenke. Diese beiden Bezugspotentiale bilden in der Regel die obere und untere Begrenzung eines Schaltplanes, das ist einfach und übersichtlich, oben ist Plus, unten ist Minus, man weiß immer, wo es lang geht. Sie werden in vielen Schaltplänen derartige durchgehende Linien als oberen und unteren Rand finden.
Haben wir es in einer Schaltung mit unterschiedlichen Betriebsspannungen zu tun, gibt es unterschiedliche Methoden der Darstellung. Die in der Modellbahn-Elektronik häufig vorkommende Situation mit einer geringen Steuerspannung für die Elektronik und einer höheren Versorgungsspannung für den Fahrbetrieb erhält dann einfach zwei Plus-Leitungen am oberen Rand.
Es gibt aber auch den Fall der symmetrischen Betriebsspannung, bei der eine positive und eine negative Spannung auf ein gemeinsames „Null-Potential“ bezogen sind. Auch in diesem Fall hält sich die Reihenfolge im Schaltplan an die Regel „von Plus nach Minus = von oben nach unten“: Das positive Potential wird als oberste Leitung eingezeichnet, in der Mitte liegt, häufig als dickere Linie, um aufzufallen, das Null-Potential, und unten das Minus-Potential. Die Bauteile gruppieren sich zwischen den drei Linien, je nachdem, ob sie zum Schaltungsteil im positiven oder im negativen Bereich der Schaltung gehören. Diese Erläuterung dient nur der Vollständigkeit, in den gängigen Modellbahnfällen kommen wir mit zwei positiven Spannungen gegen ein gemeinsames Minus-Potential aus.
Das landläufige Minus-Potential ist genau genommen auch ein Null-Potential, denn an einer 12V-Betriebsspannung liegen nicht +12V an einem und –12V am anderen Pol, das wäre ja ein Potentialgefälle von 24V. Der Begriff „Minus“ hat sich in diesem Fall einfach eingeschliffen, er kennzeichnet den negativen Pol einer Spannungsquelle, aber bezogen auf die Angabe der Betriebsspannung am positiven Pol ist das „Null“.
