Grundlagen der Kfz-Elektrik

Ohmsches Gesetz

Elektrische Größen Formelzeichen Einheit
Spannung U V = Volt
Widerstand R Ω = Ohm
Stromstärke I A = Ampere

Im (durchaus erlaubten) Vergleich der Elektrizität mit Wasserkraft lässt sich als Merksatz vereinfacht ausdrücken:

  • Spannung kann man bezeichnen als den Druck, der anliegt,
  • Stromstärke als die Menge, die fließt (hier Elektronen, dort Wasser),
  • Widerstand als die Bremse, z. B. wie bei einem Schaufelrad im Wasser.

Das Verhältnis der drei zusammenhängenden Größen lässt sich durch das „URI-Dreieck“ ausdrücken:

URI-Dreieck Ohmsches Gesetz

Anwendung: Solle eine der drei elektrischen Größen berechnet werden, so hält man die gesuchte Größe einfach zu und erhält dann für:

U = R x I R = U / I I = U / R

Merke: Bei einer Spannung von 1 Volt und einem Widerstand von 1 Ohm fließt ein Strom von 1 Ampere.

Widerstand

Ein elektrischer Widerstand ist dann vorhanden, wenn die Elektronenwanderung infolge des Gitteraufbaus im Material behindert wird. Die Elektronen werden in einem Leiter umso weniger behindert, je mehr „freie Elektronen” darin enthalten sind. Hat ein Leiter jedoch wenig freie Elektronen, wie zum Beispiel bei Isolatoren, so wird der Elektronenfluss stark behindert. Der Widerstand behindert den Elektronenfluss, hat das Formelzeichen R und wird in Ohm (Kurzzeichen I) gemessen.

Vergleich:
wenig freie Elektronen -> großer Widerstand -> geringer Strom
viele freie Elektronen -> kleiner Widerstand -> großer Strom

Silber ist der beste elektrische Leiter. Das liegt daran, dass Silber die meisten freien Elektronen hat. Auch Kupfer eignet sich sehr gut als elektrischer Leiter, gefolgt von Gold, Aluminium, Eisen, Zinn und Blei.

Elektronen bewegen sich in einem Leiterabschnitt (vorausgesetzt, es liegt eine Spannung an) von einem Ende zum anderen. Auf diesem Weg treffen die Elektronen auf Hindernisse, die je nach Leiter stark oder weniger stark vorhanden sind. Diese Hindernisse stellen für die Elektronen einen gewissen Widerstand dar: Bremse bzw. Bremswirkung.

Der elektrische Widerstand hängt auch noch von anderen Faktoren ab: Länge und Querschnitt des Leiters, Material und Temperatur spielen eine wesentliche Rolle.

Spannung und Strom

Die Spannung: Das Ausgleichsbestreben zwischen verschiedenen Ladungen nennt man elektrische Spannung: Die Spannung (Druck, Kraft) ist die Ursache für einen Stromfluss. Das Ausgleichsbestreben kommt durch einen Potentialunterschied zustande. Dies lässt sich am Beispiel einer Autobatterie gut erklären: Von den Polen der Batterie ausgehend, haben wir am Minuspol einen Elektronenüberschuss und am Pluspol einen Elektronenmangel. Daraus resultiert das Ausgleichsbestreben, das wir dann als Spannung bezeichnen. Die Spannung hat das Formelzeichen U und wird in Volt (Kurzzeichen V) gemessen. Die elektrische Spannung kann symbolisch mit dem Druck in einer Wasserleitung verglichen werden.

Der Strom: Stellt man zwischen den Polen eines Spannungserzeugers eine leitende Verbindung her, so kommt es zu einem Elektronenfluss. Vereinfacht ausgedrückt schiebt der Spannungserzeuger die Elektronen vom negativen Pol durch den Überschuss an freien Elektronen in den Leiter hinein. Diese Elektronen stoßen die im Leiter vorhandenen freien Elektronen in einer Richtung zur positiven Klemme des Spannungserzeugers vor sich her. Während die Elektronenwanderung selbst verhältnismäßig langsam ist (üblich 3 mm/s), sich aber alle freien Elektronen durch die abstoßenden Kräfte gleichzeitig bewegen, hat die Elektrizität im Leiter die sehr große „Fortpflanzungsgeschwindigkeit“ von fast 300.000 km/s. Die durch die Spannung zustande kommende Elektronenbewegung nennt man den elektrischen Strom. Er hat das Formelzeichen I und wird in Ampere (Kurzzeichen A) gemessen.

Der Strom I, der durch einen Leiter fließt, ist umso stärker, je mehr Elektronen sich in einer Zeiteinheit durch den Querschnitt des Leiters bewegen. Zur Messung des Stromes wird ein Strommesser (Amperemeter) in die Leitung geschaltet. Der elektrische Strom kann verglichen werden mit der Wassermenge, die in einer Zeiteinheit durch den Querschnitt der Wasserleitung fließt. Die Bedingung für einen Stromfluss ist zunächst das Vorhandensein einer Spannung und eines geschlossenen Stromkreises.

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