Was ist Strom?

Was ist Strom … einfach erklärt!

 

Was ist Strom? Wie wird Strom erzeugt? Was ist Wechselstrom bzw. Gleichstrom?
Was ist Strom? Wie wird Strom erzeugt? Was ist Wechselstrom bzw. Gleichstrom?

Hoffentlich stellt sich Ihnen die Frage „was ist Strom“ bzw. „was ist elektrischer Strom“ nicht, weil Sie gerade sprichwörtlich oder gar tatsächlich unter Strom stehen, aber mindestens einen der beiden Ströme haben Sie bestimmt schon irgendwann mal gespürt. Was versteht man jedoch genau gesehen unter Strom? Was ist die Definition von Strom? Und was hat es mit den unterschiedlichen Arten von Strom auf sich? Woher kommt Strom eigentlich? Wie erzeugt man Strom? Nachfolgend beantworten wir grundlegende Fragen wie diese rund um das Thema Strom, sodass Sie am Ende des Artikels über den Tag für Tag an Bedeutung zunehmenden elektrischen Strom bestens informiert sind.

Strom Definition: Was ist Strom genau?
Was ist Wechselstrom? Und wie unterscheidet er sich vom Gleichstrom?
Ist Wechselstrom gleich Drehstrom?
Wie unterscheidet sich der Normalstrom vom Nachtstrom?
Leistungsberechnung bei Wechselstrom und Gleichstrom
Wie wird Strom gewonnen?
Was hat es mit dem „grünen“ Strom auf sich?
Wie gelangt der Strom vom Kraftwerk in die Steckdose nach Hause?
Stromzähler und anderes grundlegendes Zubehör für stromdurchflossene Anlagen

Strom Definition: Was ist Strom genau?

Stromzähler: Eltako Bus-Stromzähler-Sammler F3Z14D
Stromzähler: Eltako Bus-Stromzähler-Sammler F3Z14D

In der Elektrotechnik versteht man unter elektrischem Strom die Bewegung elektrischer Ladungsträger durch ein Vakuum oder einen Stoff. Ladungsträger können dabei beispielsweise Ionen oder Elektronen sein und die bewegen sich durch Kupferdrähte oder ähnliche Leiter – wie Wasser eben auch durch Wasserrohre oder jegliche Art von Wasserleitung fließt. Bei Wasser sprechen wir hierbei vom Wasserfluss und beim Strom entsprechend vom Stromfluss. Der Strom wird in der Elektrotechnik mit „I“ abgekürzt, während die Einheit für die Stromstärke Ampere (kurz: A) ist.
Fließt Strom in einer Leitung, bewegen sich also zahlreiche kleine geladene Teilchen in eine Richtung. Doch warum bewegen sich die Ladungsträger überhaupt? Und bewegen sie sich beliebig schnell? Hier kommt die sogenannte elektrische Spannung ins Spiel. Man kann sich die Spannung wie einen Druck vorstellen, der dafür sorgt, dass die Elektronen sich bewegen. Grundsätzlich gilt: Umso höher die Spannung, desto mehr Strom kann fließen.

Das Formelzeichen für die Spannung ist „U“ und die Spannungshöhe wird in Volt (kurz: V) angegeben. Während handelsübliche Autobatterien mit 12 V arbeiten, beträgt die Standardspannung für Hausleitungen in Deutschland 230 V.

Strom, Spannung und richtig… da fehlt noch was. Der dritte grundlegende Begriff in der Elektrotechnik, der im Zusammenhang mit dem Strom genannt werden sollte, ist der Widerstand. Der elektrische Widerstand wird mit „R“ abgekürzt und in Ohm (kurz: Ω) angegeben. Man kann sich den Widerstand als Gegner der Spannung vorstellen. Er ist ein Maß dafür, wie stark Elektronen in ihrer Bewegung abgebremst werden. An jedem Widerstand geht grundsätzlich Spannung verloren, was den Stromfluss verlangsamt. Der elektrische Widerstand ist als spezielle Schaltungskomponente erhältlich, ist jedoch auch in jedem anderen elektrischen Bauteil zu finden. Denn alle Materialen, auch elektronische Leiter wie beispielsweise ein Kupferdraht, haben einen Widerstandswert.

Was ist Wechselstrom? Und wie unterscheidet er sich vom Gleichstrom?

Strom ist nicht gleich Strom. Wem die Band ACDC etwas sagt, der weiß eigentlich indirekt schon, dass es Wechselstrom (kurz: AC) und Gleichstrom (kurz: DC) gibt. Bleibt die Bewegungsrichtung und Stärke des Stroms über die Zeit konstant, dann spricht man von Gleichstrom. Ändert sich die Bewegungsrichtung des Stroms periodisch und in steter Wiederholung, handelt es sich um Wechselstrom.

Zur elektrischen Energieversorgung wird häufig AC Strom eingesetzt. Er hat den Vorteil, dass seine Wechselspannung mit relativ geringem Kostenaufwand geändert werden kann. Bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen hinweg geht zudem weniger Energie verloren als bei Gleichstrom. Dieser wird hingegen hauptsächlich für batteriebetriebene Geräte wie Taschenlampen oder Armbanduhren genutzt.

Ist Wechselstrom gleich Drehstrom?

Notstrom-Umschalter: Eaton (Moeller) Netz/Notstrom-Umschalter T3-4-8902/I2
Notstrom-Umschalter: Eaton (Moeller) Netz/Notstrom-Umschalter T3-4-8902/I2

Wie bereits erklärt, gilt es grundsätzlich Wechselstrom von Gleichstrom zu unterscheiden. Doch was hat es mit dem Drehstrom auf sich? Nikola Tesla erfand Ende des 19. Jahrhunderts den Wechselstrom und ermöglichte es so, elektrischen Strom über kilometerweite Entfernungen zu übertragen. Bei Drehstrom handelt es sich um einen Wechselstrom mit drei stromführenden Leitungen – sogenannten „Phasen“. Daher ist der Drehstrom auch unter der Bezeichnung Dreiphasenwechselstrom bekannt. Wird von Wechselstrom gesprochen, so ist damit für gewöhnlich der Einphasenstrom gemeint. Der Begriff Drehstrom wurde von der Erzeugung des Dreiphasenwechselstroms abgeleitet. Hierfür werden nämlich drei Spulen mit einem Abstand von 120° um ein sich drehendes Magnetfeld herum angeordnet. Es entstehen so drei sinusförmige Wechselspannungen, die um 120° phasenverschoben sind. Drehstrom wird vor allem für größere elektrische Leistungen eingesetzt, während der Einphasenstrom oder auch Wechselstrom für Haushalte und kleinere Leistungen genutzt wird.

Wie unterscheidet sich der Normalstrom vom Nachtstrom?

Die Begriffe des Normalstroms und Nachtstroms stammen nicht von einem Elektrotechnikgenie, sondern sind vielmehr eine Erfindung der Preiswirtschaft, die in den 70er Jahren eingeführt wurden. Um Kraftwerke auch in der Nacht auszulasten, begann man dem Verbraucher zwischen 22 Uhr und 6 Uhr einen günstigeren Tarif als für den tagsüber bezogenen Normalstrom anzubieten. Es handelt sich hierbei um einen gesonderten Tarif, aus der Sicht der Elektrotechnik unterscheiden sich Normal- und Nachtstrom jedoch nicht.

Leistungsberechnung bei Wechselstrom und Gleichstrom

Wie es in einer leistungsorientierten Gesellschaft nicht anders zu erwarten ist, ist neben Spannung, Strom und Widerstand auch die Leistung entscheidend. Die Physikwissenschaft definiert die elektrische Leistung als die in einer Zeitspanne umgesetzte elektrische Energie bezogen auf diese Zeitspanne.
Nun verhalten sich AC Strom und DC Strom unterschiedlich und dementsprechend gestaltet sich auch die Berechnung der Leistung unterschiedlich.

Abgekürzt wird die elektrische Leistung bei Gleichstrom mit „P“ und sie errechnet sich aus dem Produkt der Gleichspannung U und der Stromstärke I (P=U×I). Alternativ kann sie über den ohmschen Widerstand und die Stromstärke (P=R×I²) bzw. den ohmschen Widerstand und die Spannung berechnet werden (P=U²/R).

Da sich der AC Strom im Verlauf der Zeit in seiner Stärke und Richtung verändert, sind Spannung und Stromstärke von der Zeit t abhängig und werden mit „u“ und „i“ dargestellt. Die Momentanleistung zu einem bestimmten Zeitpunkt t wird mit p=u×i errechnet.

Charakterisierende Leistungswerte des Wechselstroms sind neben diesem Augenblickwert der Leistung die Wirkleistung P, Scheinleistung S und Blindleistung Q. Bei P handelt es sich um die letztendlich tatsächlich umgesetzte elektrische Energie in einer gewissen Zeitspanne (Einheit: W). Die Scheinleistung S ist auch unter der Bezeichnung Anschlussleistung bekannt und wird in Voltampere (kurz: VA) angegeben. Bei der Blindleistung Q handelt es sich für gewöhnlich um die unerwünschte da nicht nutzbare elektrische Energie pro Zeit (Einheit: Var).

Wie wird Strom gewonnen?

Wie wird Strom erzeugt?
Wie wird Strom erzeugt?

Haben Sie jemals eine natürliche Steckdose gesehen, aus der die Menschheit Strom beziehen kann? Wir jedenfalls nicht. Da Strom in der Art, wie wir ihn für den Betrieb elektrischer Geräte benötigen, nicht vorkommt, müssen wir in der Natur vorhandene Energie finden und in elektrische Energie umwandeln. Begriffe wie Energie- bzw. Stromerzeugung sind daher streng genommen aus physikalischer Sicht unzutreffend.

Es handelt sich vielmehr um eine Umwandlung anderer Energieformen zu Strom. Hierfür bedienen wir uns unter anderem an Energieträgern wie Kohle, Erdöl, Erdgas, Kernenergie, Wasserkraft, Windkraft und der Sonne.

Die Kraftwerke werden dabei je nach Energieart, die umgewandelt wird, benannt. In der Bundesrepublik Deutschland wird ein Großteil des Strombedarfs mithilfe von Kohlekraftwerken und Kernkraftwerken bedient.

Was hat es mit dem „grünen“ Strom auf sich?

Was ist grüner Strom bzw. Ökostrom?
Was ist grüner Strom bzw. Ökostrom?

Die verschiedenen Energieträger, die zur Stromgewinnung eingesetzt werden, lassen sich in fossile Energieträger und erneuerbare Energien unterteilen. Während wir uns bei der Verbrennung von Energieträgern wie Kohle, Erdöl oder Erdgas an endlichen Energievorräten bedienen, beziehen wir zur Gewinnung von Ökostrom regenerative Energien.

Der Begriff des „grünen“ Stroms wird häufig als Synonym des Ökostroms eingesetzt und mein damit alle Arten der Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen. Mit grünem Strom kann aber auch vom Verein Grüner Strom Label e.V. zertifizierter Ökostrom gemeint sein. Es handelt sich hierbei um ein Gütesiegel, das für mehr Transparenz im Ökostrommarkt sorgen und damit eine ökologische Energiegewinnung fördern soll.

Wie gelangt der Strom vom Kraftwerk in die Steckdose nach Hause?

Kommt der Strom aus der Steckdose? Nein, natürlich nicht! Doch wie kommt er dann in die Steckdose? Zusammengefasst lässt sich sagen, dass der Strom nach seiner Gewinnung im entsprechenden Kraftwerk eine weite Reise bis zu den heimischen Steckdosen vor sich hat. Um die Reise antreten zu können, benötigt der Strom die entsprechenden „Straßen“, sogenannte Stromleitungen, die Stromnetze bilden. Man kategorisiert hierbei die verschiedenen Netzarten je nach den zum Stromtransport verwendeten Spannungen.

Es werden Höchstspannungsnetze der Spannungen 220k V oder 380 kV, Hochspannungsnetze mit einer Spannung von 110 kV, Mittelspannungsnetze mit Spannungen von 10 kV, 20 kV oder 25 kV und Niederspannungsnetze mit 230 V oder 400 V voneinander unterschieden. Dabei sind die Höchstspannungsleitungen die Autobahnen unter den Stromleitungen, während Nieder- und Mittelspannungsleitungen mit Stadt- und Landstraßen vergleichbar sind.

Das Kraftwerk speist die in elektrischen Strom umgewandelte Energie also je nach dessen Größe bzw. den örtlichen Bedingungen entsprechend ins Netz ein. Generell nutzen Übertragungsnetzanbieter zur Überwindung größerer Distanzen hohe Spannungen, da hier die Übertragungsverluste geringer sind. Von den Hochspannungsleitungen wird der Strom schließlich über die Hoch-, Mittel- und Niederspannungsleitungen von den örtlichen Verteilnetzbetreibern an die Haushalte geliefert.

Damit Sie letztendlich diesen und viele weitere Artikel im Elektro4000 Magazin lesen können, ohne gleichzeitig auf einem Fahrrad strampelnd Energie gewinnen zu müssen, wird der Strom über die elektrische Verkabelung zuhause an die Steckdose über die entsprechenden Netzgeräte und Kabel an die angeschlossenen Geräte wie Ihr Tablet, Laptop oder Smartphone weitergeleitet.

Stromzähler und anderes grundlegendes Zubehör für stromdurchflossene Anlagen

Stromzähler: Sogenannte Stromzähler oder auch Elektrizitätszähler werden vor allem als Wechselstromzähler eingesetzt und erfassen die Menge des gelieferten bzw. verbrauchten elektrischen Stroms. Diese Stromzähler sind in jedem gewöhnlichen Haushalt installiert und zeigen den Verbrauch in Kilowattstunden (kWh) an. Auch für Drehstromanwendungen gibt es sogenannte Drehstromzähler und bei Gleichstromanwendungen kommen dementsprechend Gleichstromzähler zum Einsatz.

Hochstromsteckverbinder: Bei Hochstromanwendungen ist es besonders wichtig, belastbare znd resistente Materialien für die Hochstrominfrastruktur einzusetzen. Hochstromsteckverbinder sind speziell für Hochstromanwendungen ausgelegte Kontakte. Charakteristisch für die Qualität von Hochsteckverbindern sind unter anderem die Anschlussart, maximale Übertragungsraten, Robustheit, EMV Schirmung und Schock- und Vibrationsfestigkeit.
Notstrom-Umschalter: Netzumschalter für Notstrom werden bei Netzausfällen zur manuellen Umschaltung auf eine Ersatzstromquelle wie beispielsweise ein Notstromaggregat eingesetzt.

Einschaltstrombegrenzer: Bei größeren Netzteilen und elektrische Motoren werden Einschaltstrombegrenzer, wie der Name bereits erahnen lässt, zur Verringerung des Einschaltstroms des entsprechenden Gerätes eingesetzt. Dies soll verhindern, dass der beim Einschalten entstehende kurze aber sehr hohe Strom die Sicherung auslöst. Einschaltstrombegrenzer arbeiten mit einem Widerstand, Heißleiter, Halbleiter oder Phasenanschnitt.

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