Grundlagen der Elektrizität

Elektrizität entsteht durch den Fluss elektrischer Ladungen. Die grundlegenden Größen sind Stromstärke, Spannung und Widerstand, die durch das Ohmsche Gesetz verknüpft sind. Elektrische Leistung wird durch das Produkt von Spannung und Stromstärke berechnet.

Elektrische Ladung

Gleichartige Ladungen stoßen sich ab
Ungleichartige Ladungen ziehen sich an
Elektronen tragen negative Ladung
Einheit: Coulomb (C)

Stromstärke

$I = \frac{Q}{t}$

Stromstärke ist der Fluss elektrischer Ladung pro Zeiteinheit.

Symbol: I
Einheit: Ampere (A)

Spannung

$U = \frac{E}{Q}$

Spannung ist die Energie pro Ladungseinheit.

Symbol: U (oder V)
Einheit: Volt (V)

Widerstand (Ohmsches Gesetz)

$U = I \times R$

Symbol: R
Einheit: Ohm (Ω)

Elektrische Leistung

$P = U \times I$

1
Größen identifizieren
Bestimme, welche elektrischen Größen bekannt sind.
2
Geeignete Formel auswählen
Wähle das Ohmsche Gesetz oder die Leistungsformel.
3
Berechnen und Einheit angeben
Rechne aus und gib die richtige Einheit an.

Ein Widerstand von 20 Ω wird von einem Strom von 0,5 A durchflossen. Bestimme die Spannung.

$U = I \times R = 0{,}5 \times 20 = 10 \text{ V}$

Praxisbezug: Handy-Ladegerät

Ein Smartphone-Ladegerät hat eine Ausgangsspannung von 5 V und eine Stromstärke von 2 A. Elektrische Leistung: $P = 5 \times 2 = 10$ W. In einer Stunde verbraucht das Ladegerät $10$ Wh = 0,01 kWh. Jedes Ladegerät, jeder USB-Stecker und jede Powerbank zeigt diese Werte auf dem Typenschild – wer das Ohmsche Gesetz versteht, kann Ladeleistungen und Stromverbrauch im Alltag bewerten.

Praxisbezug: Haushalts-Sicherung auslegen

Eine Haushaltsschmelzsicherung soll einen Stromkreis mit 230 V und maximal 10 A absichern. Maximale Leistung: $P = 230 \times 10 = 2.300$ W. Das bedeutet: Geräte mit zusammen mehr als 2,3 kW lösen die Sicherung aus. Ein Haarföhn (2.000 W) plus ein Wasserkocher (2.200 W) würde gemeinsam 4.200 W benötigen – die Sicherung trennt den Stromkreis automatisch. Elektroinstallateure dimensionieren Sicherungen täglich mit dem Ohmschen Gesetz.

Praxisbezug: Elektroauto-Laden

Ein Elektroauto wird an einer Ladestation mit 400 V und 16 A geladen. Ladeleistung: $P = 400 \times 16 = 6.400$ W = 6,4 kW. In 8 Stunden werden $6{,}4 \times 8 = 51{,}2$ kWh geladen – genug für ca. 300 km. Das Verständnis elektrischer Grundgrößen ist unverzichtbar, um Reichweiten, Ladezeiten und Stromkosten von Elektrofahrzeugen zu berechnen und zu vergleichen.

Tipp Merke das Ohmsche Gesetz in drei Formen:

U = I \times R

I = U/R

R = U/I

. Schreibe das Dreieck U = I × R auf und decke die gesuchte Größe ab – der verbleibende Ausdruck gibt die richtige Formel. Diese Methode funktioniert auch für die Leistungsformel

P = U \times I

Übungsaufgaben

Eine Batterie (12 V) wird mit einem 4-Ω-Widerstand verbunden. Wie groß ist der Strom?

Antwort anzeigen

I = U/R = 12/4 = 3 A

Eine Lampe (230 V, 2 A) ist eingeschaltet. Wie groß ist die elektrische Leistung?

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P = U × I = 230 × 2 = 460 W

Ein Widerstand nimmt 60 W bei 12 V auf. Wie groß ist der Strom?

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I = P/U = 60/12 = 5 A