67 15 Vom Wasserfluss zum Stromfluss B 15.18 In „Serverfarmen“ von Google und Co. stehen tausende Computer. Ohne Lüftung wäre es dort heiß wie in der Sauna. Man sagt im Alltag, dass Strom „verbraucht“ wird. Das ist eine falsche und irreführende Formulierung ( A9 ). An jeder Stelle im Stromkreis fließen gleich viele Elektronen. Diese verschwinden ja nicht einfach. Deshalb sollte man besser von Strombedarf reden! Allerdings wird die elektrische Energie der Ladungen durch Zusammenstöße zwischen Elektronen und Atomen nach und nach in Wärme umgewandelt. Es wird also nicht der Strom „verbraucht“, sondern die elektrische Energie. Die Gesamtenergie (elektrische Energie plus Wärmeenergie) bleibt erhalten! Bei einem Fluss ist es ähnlich. Seine Wasserstromstärke ist ohne Zufluss an jeder Stelle gleich groß. Am tiefsten Punkt ist seine gesamte Hebeenergie in Wärme umgewandelt worden. Die Stromstärke wird in Ampere (A) gemessen und trägt den Buchstaben I. Die Spannung wird in Volt (V) gemessen und trägt den Buchstaben U. Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen, mit einem großen griechischen Omega (Ω) abgekürzt und trägt den Buchstaben R. Der Zusammenhang zwischen diesen drei Größen wird mit dem Ohm’schen Gesetz beschrieben: B 15.19 Das Ohm’sche Gesetz Die gebräuchliche Schreibweise lautet R = U/I. Damit du den Zusammenhang besser verstehst, ist es aber günstiger, auf I = U/R umzuformen. Dann kannst du besser nachvollziehen, wie die Stromstärke von Spannung und Widerstand abhängt. Allgemein gilt: Je größer die angelegte Spannung und je kleiner der Widerstand, desto größer ist der Stromfluss. Um das besser zu verstehen, hilft auch hier wieder der Vergleich mit fließendem Wasser (Tab. 15.5). Wovon hängt der elektrische Widerstand allgemein ab? Erstens vom Material. Je besser dieses den Strom leitet, desto geringer der Widerstand. Weil Kupfer einen guten Mittelweg zwischen Leitfähigkeit und Preis darstellt, wird es in den meisten Fällen als Leitermaterial verwendet. Zweitens hängt der Widerstand vom Querschnitt des Leiters ab. Wenn man hohe Ströme transportieren will, braucht man auch mordsdicke Kabel. In B 15.20 siehst du ein Hochspannungs-Erdkabel im Querschnitt, das für eine Spannung von 380.000 V ausgelegt ist. Der innere Kupferteil hat einen Durchmesser von 8 cm und verkraftet bis zu 4500 A unbeschadet. Drittens hängt der Widerstand von der Länge des Leiters ab. Deshalb leuchtet die Lampe in A13 am hellsten, wenn sich die Klemme bei c befindet. I = _U_ R Der Stromfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Widerstand die Spannung erhöht. Der Wasserfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Rohrdurchmesser den Höhenunterschied erhöht. I = U __ R Der Stromfluss wird erhöht, wenn man bei gleicher Spannung den Widerstand verringert. Der Wasserfluss wird erhöht, wenn man bei gleichem Höhenunterschied den Rohrdurchmesser vergrößert. T 15.5 Vergleich zwischen Wasserfluss und Stromfluss ( A12 ) B 15.20 Ein HochspannungsErdkabel: Der innere Kupferteil hat einen Durchmesser von 8 cm! Kurz zusammengefasst Der elektrische Widerstand kommt dadurch zu Stande, dass sich die Elektronen an den Atomen des Leiters vorbeizwängen müssen. Dadurch entsteht auch immer gleichzeitig Wärme. Je kleiner der Widerstand eines Materials, desto größer ist der Stromfluss. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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