Volt und Ampere begegnen einem überall: auf Batterien, Ladegeräten, Elektrogeräten. Aber was bedeuten diese Einheiten eigentlich – und wie hängen sie zusammen? Wir werfen einen Blick hinter die Zahlen!
Elektrischer Strom ist unsichtbar. Deshalb hilft ein Vergleich, der greifbar ist: Wasser in einer Leitung.
Eine Wasserleitung hat zwei entscheidende Eigenschaften: den Druck, der das Wasser antreibt, und die Menge Wasser, die pro Sekunde durchfliesst. Ein hoher Druck allein bedeutet nicht zwingend viel Durchfluss – das hängt auch vom Querschnitt des Rohrs ab. Und eine grosse Wassermenge fliesst nur, wenn genügend Druck dahintersteckt.
Genau dasselbe Prinzip gilt für elektrischen Strom – nur dass statt Wasser Elektronen fliessen, und statt Druck und Durchflussmenge sprechen wir von Spannung und Stromstärke.
Die elektrische Spannung beschreibt den «Druck», der Elektronen durch einen Leiter treibt. Genauer gesagt: Sie gibt an, wie gross der energetische Unterschied zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis ist. Je grösser dieser Unterschied, desto stärker werden die Elektronen angetrieben – und desto mehr Energie steht ihnen zur Verfügung.
Die Einheit der Spannung ist Volt, abgekürzt V. Benannt nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta, der um 1800 die erste Batterie entwickelte.
Einige Alltagsbeispiele:
Die Spannbreite ist enorm: Eine AA-Batterie liefert 1,5 Volt – die Hochspannungsleitung über dem Feld das 33'000-Fache davon. Beides ist «Spannung», aber die Auswirkungen könnten unterschiedlicher nicht sein.
Eine naheliegende Frage: Warum ist 230 Volt gefährlich, eine Batterie mit 1,5 Volt aber harmlos?
Die Antwort hängt vom menschlichen Körper ab. Unser Körper hat einen elektrischen Widerstand – trockene Haut leitet Strom schlechter als feuchte Haut oder inneres Gewebe. Bei niedriger Spannung wie 1,5 Volt ist dieser Widerstand hoch genug, dass kaum Strom durch den Körper fliesst, was bedeutet, dass die Wirkung nicht spürbar ist.
Bei 230 Volt ist die Spannung gross genug, um diesen Körperwiderstand zu überwinden. Strom fliesst durch den Körper – und schon wenige Milliampere können das Herz aus dem Rhythmus bringen oder Muskeln verkrampfen. Ab etwa 25 Volt Wechselstrom gilt ein Stromschlag unter ungünstigen Bedingungen als lebensbedrohlich.
Das erklärt, warum Haushaltssteckdosen mit Schutzmassnahmen ausgestattet sind – und warum unsere Netzelektriker mit Hochspannung nur unter strengen Sicherheitsvorschriften arbeiten.
Die Stromstärke beschreibt, wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen Leiter fliessen. In der Wasseranalogie ist das die Menge Wasser, die pro Sekunde durch das Rohr fliesst – unabhängig davon, wie hoch der Druck ist.
Die Einheit der Stromstärke ist Ampere, abgekürzt A. Benannt nach dem französischen Physiker André-Marie Ampère, einem der Begründer der Elektrizitätslehre.
Einige Alltagsbeispiele:
Eine hohe Stromstärke bedeutet: viele Elektronen fliessen gleichzeitig durch den Leiter. Das erzeugt Wärme – denn der Leiter hat immer einen gewissen Widerstand, und dieser Widerstand wandelt einen Teil der elektrischen Energie in Wärme um. Je mehr Strom fliesst, desto mehr Wärme entsteht.
Das Prinzip der Wärmeentwicklung durch Stromfluss ist die Grundlage des Brandschutzes in Hausinstallationen.
Fliesst zu viel Strom durch ein Kabel, erhitzt es sich. Ab einer bestimmten Temperatur schmilzt die Isolierung – und es kann zu einem Brand kommen. Genau das verhindert die Sicherung: Sie ist so ausgelegt, dass sie den Stromkreis unterbricht, sobald die Stromstärke einen kritischen Wert überschreitet – in Haushalten meist 16 Ampere.
Moderne Installationen haben für jeden Stromkreis eine eigene Sicherung: Licht, Steckdosen, Herd und Waschmaschine sind meist auf separate Kreise verteilt. So löst eine überlastete Herdplatte nicht das gesamte Licht im Haus aus.
Neben dem Leitungsschutzschalter, der die Leitung schützt, gibt es noch den Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter), der Menschen schützt: Er misst, ob der Strom, der in einen Stromkreis hineinfliesst, auch wieder zurückkommt. Weicht er ab – weil Strom durch einen Menschen fliesst – unterbricht er den Kreislauf in Millisekunden. Mehr dazu in einer späteren Folge dieser Serie.
Spannung und Stromstärke beschreiben zwei verschiedene Aspekte desselben Phänomens – sie hängen aber eng zusammen.
Eine hohe Spannung allein bedeutet noch nicht, dass viel Strom fliesst. Erst wenn der Weg für die Elektronen offen ist – also ein geschlossener Stromkreis besteht – fliesst auch Strom. Und wie viel Strom fliesst, hängt davon ab, wie viel Widerstand dieser Weg bietet.
Das ist der dritte Grundbegriff der Elektrizität: der Widerstand. Und er verbindet Spannung und Stromstärke durch eine elegante Regel – das Ohmsche Gesetz. Dazu mehr in der nächsten Folge.
Dieser Artikel ist Teil unserer Serie «Energie einfach erklärt».