Stromstärke messen: Ampere und Strommesser

Einstieg

Eine kleine LED leuchtet schon an einer Knopfzelle. Ein Wasserkocher braucht dagegen die Steckdose und eine dicke Zuleitung. Durch die Leitung des Wasserkochers fließt viel mehr Strom. Wie viel „mehr“ ist, sagt eine physikalische Größe: die elektrische Stromstärke.

Erklärung

Was die Stromstärke angibt

Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen Querschnitt des Leiters fließen. Je mehr Elektronen pro Sekunde, desto größer die Stromstärke.

• Formelzeichen: $I$
• Einheit: 1 Ampere (1 A), benannt nach André-Marie Ampère
• kleinere Einheit: 1 Milliampere (1 mA) $= 0{,}001$ A, also $1\,\text{A} = 1000\,\text{mA}$

Bei 1 A fließen pro Sekunde etwa $6{,}24 \cdot 10^{18}$ Elektronen durch den Querschnitt, das sind rund 6 Trillionen.

Typische Größenordnungen

Gerät oder Vorgang	Stromstärke (ungefähr)
Leuchtdiode (LED)	0,02 A = 20 mA
Glühlampe einer Fahrradbeleuchtung (6 V, 2,4 W)	0,4 A
Wasserkocher (230 V, 2000 W)	9 A
Anlasser eines Autos beim Starten	100 A und mehr
Blitz	mehrere 10 000 A

Stromstärke messen

Man misst die Stromstärke mit einem Strommesser (Amperemeter). Im Schaltplan ist das ein Kreis mit A.

So gehst du vor:

1. Der Strommesser wird in den Stromkreis eingebaut, also in Reihe zum Bauteil. Der Strom muss durch das Messgerät hindurchfließen. Dazu öffnest du den Kreis an einer Stelle und setzt das Messgerät in die Lücke.
2. Bei einem Vielfachmessgerät: Gleichstrom einstellen (A mit geradem Strich), mit dem größten Messbereich beginnen und erst dann kleiner schalten.
3. Pluspol des Messgeräts (rot) zur Plusseite der Quelle, COM (schwarz) zur Minusseite.

Nie einen Strommesser direkt an die Pole einer Quelle anschließen. Er hat einen sehr kleinen Widerstand: Es entsteht ein Kurzschluss, und die Sicherung im Messgerät brennt durch.

Stromstärke im unverzweigten Stromkreis

Baut man in einen Kreis mit zwei Lampen hintereinander an drei Stellen Strommesser ein (vor der ersten Lampe, zwischen den Lampen, nach der zweiten Lampe), zeigen alle drei denselben Wert.

Im unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke überall gleich groß.

Das passt zum Elektronenmodell: Elektronen werden nicht verbraucht. Was an einer Stelle hineinfließt, fließt auch wieder hinaus.

Stromstärke im verzweigten Stromkreis

Teilt sich ein Stromkreis an einem Knoten in zwei Zweige, teilt sich auch der Strom. Im Hauptzweig fließt so viel, wie in den Zweigen zusammen. Mehr dazu in Lektion 5 (Knotenregel).

Beispiele

Beispiel 1: Einheiten umrechnen

$0{,}35\,\text{A} = 350\,\text{mA}$, denn $0{,}35 \cdot 1000 = 350$. $45\,\text{mA} = 0{,}045\,\text{A}$, denn $45 : 1000 = 0{,}045$.

Beispiel 2: Messwerte deuten

In einem Kreis mit Motor und Lampe hintereinander zeigt der Strommesser vor dem Motor 0,25 A. Ein zweiter Strommesser nach der Lampe zeigt deshalb ebenfalls 0,25 A. Zeigt er weniger, ist ein Messgerät falsch eingestellt oder abgelesen.

Beispiel 3: Der falsch angeschlossene Strommesser

Kai schließt den Strommesser parallel zur Lampe an. Die Lampe geht aus, das Messgerät zeigt einen sehr großen Wert. Erklärung: Der Strommesser hat einen sehr kleinen Widerstand. Fast der ganze Strom fließt durch ihn statt durch die Lampe. Er überbrückt die Lampe wie ein Kurzschluss.

Merksatz

Die elektrische Stromstärke $I$ gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen Leiterquerschnitt fließen. Einheit: 1 A = 1000 mA. Der Strommesser wird in Reihe in den Stromkreis eingebaut. Im unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke überall gleich.

Übungen

Grundlagen

1. Rechne um: a) 0,8 A in mA, b) 2500 mA in A, c) 15 mA in A.
2. Beschreibe, wie man einen Strommesser in einen Stromkreis einbaut.
3. Ordne nach der Stromstärke: Wasserkocher, LED, Fahrradlampe.

Weiter

4. Zwei Lampen sind hintereinander geschaltet. Vor der ersten Lampe misst man 180 mA. Was misst man zwischen den Lampen und nach der zweiten Lampe? Begründe.
5. Zeichne den Schaltplan eines Kreises mit Batterie, Lampe und Strommesser.
6. Erkläre, warum man beim Messen mit dem größten Messbereich beginnt.

Knobeln

7. Durch eine Lampe fließt ein Strom von 0,5 A. Wie viele Elektronen fließen in einer Minute ungefähr durch die Lampe? Rechne mit $6 \cdot 10^{18}$ Elektronen pro Sekunde bei 1 A.
8. Tom sagt: „Hinter der Lampe muss die Stromstärke kleiner sein, weil die Lampe Energie umwandelt.“ Erkläre, was an der Aussage stimmt und was nicht.

Lösungen

1. a) 800 mA, b) 2,5 A, c) 0,015 A.
2. Den Stromkreis an einer Stelle öffnen und den Strommesser in die Lücke setzen, sodass der Strom durch ihn fließt (Reihenschaltung). Gleichstrom und größten Messbereich einstellen, auf richtige Polung achten.
3. LED (etwa 0,02 A), Fahrradlampe (etwa 0,4 A), Wasserkocher (etwa 9 A).
4. Ebenfalls 180 mA an beiden Stellen. Im unverzweigten Kreis ist die Stromstärke überall gleich, weil keine Elektronen verloren gehen.
5. Rechteckiger Kreis mit Zellen-Zeichen, Lampen-Zeichen und einem Kreis mit A, alle hintereinander.
6. Ist der Strom größer als der eingestellte Messbereich, kann das Messgerät beschädigt werden oder seine Sicherung auslösen. Mit dem größten Bereich ist man auf der sicheren Seite und schaltet dann für genauere Werte kleiner.
7. Pro Sekunde: $0{,}5 \cdot 6 \cdot 10^{18} = 3 \cdot 10^{18}$. In 60 Sekunden: $60 \cdot 3 \cdot 10^{18} = 1{,}8 \cdot 10^{20}$ Elektronen.
8. Richtig ist: Die Lampe wandelt Energie um, Licht und Wärme gehen an die Umgebung. Falsch ist: Die Stromstärke wird nicht kleiner. Die Elektronen geben in der Lampe Energie ab, aber es fließen genauso viele weiter. Was nach der Lampe kleiner ist, ist die Energie, die die Elektronen noch übertragen können (das ist die Spannung, Lektion 3).