Was ist elektrischer Strom?
Für den Einstieg einpaar KI generierte Atombilder zur Darstellung von elektrischen Strom:
Das Atom
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab.
Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
Freie Elektronen
Atome sind soziale Wesen und haben das Bedürfnis sich mit anderen Atomen zusammen zu tun. Das sind dann Moleküle. Dabei kann es passieren, dass Elektronen ÜBER sind, für den Zusammenschluß nicht gebraucht werden. Das ist vor allem bei Metallen der Fall. Diese Elektronen nennt man freie Elektronen, weil sie nirgends eingebunden sind. Diese freien Elektronen können als elektrischer Strom genutzt werden.
Fließender Strom
Damit die freien Elektronen zu elektrischem Strom werden, also fließen, ist eine elektrische Spannung nötig. Eine Spannung entsteht, indem sich viele Elektronen zusammenballen und so deren negative Ladung größer wird als die positive Ladung der Atomkerne in der Nähe. Bei anderen Atomen, von denen die Elektronen abgezogen wurden entsteht dann eine positive Ladung. Die Differenz der Ladungen entspricht der Spannung.
Diese Verschiebung der Elektronen kann chemisch (Batterie, Akku) oder magnetisch (Generator) erzeugt werden.
Spannung
Hier zum Beispiel eine Batterie:
Damit der Strom fließen kann muß der Stromkreis geschlossen sein. Hier ist er noch offen.
Es sind zwar überall freie Elektronen, aber sie können sich noch nicht bewegen. Durch den geöffneten Schalter ist der Stromfluß unterbrochen.
Strom
Nun ist der Schalter geschlossen. Die Elektronen können fließen und bringen die Lampe zum Leuchten.
Widerstand
Je nach dem wie dick ein Draht ist können unterschiedliche viele Elektronen gleichzeitig hindurch fließen. In einem dünnen Draht sind weniger freie Elektronen als in einem dicken Draht.
Außerdem stoßen die Elekronen bei ihrem Weg durch den Draht immer wieder mit Atomen zusammen. Das bremst sie aus und bringt das Atomgitter zum schwingen. Diese Schwingungen nehmen wir als Wärme war. Wenn man Metall erhitzt fängt es an zu glühen, gibt also Licht ab. Wenn der Schmelzpunkt der Metalls erreicht ist schmilzt der Draht und der Stromfluß wird wieder unterbrochen. Dieses Prinzip wird bei den Schmelzsicherungen angewendet.
Beispiel: Magneten aneinander vorbei ziehen.
Nun haben wir uns genug im Bereich der Atome herumgetrieben. Wenn wir jetzt das Wesen des elektrischen Stroms verstanden haben, können wir uns dem praktischen Umgang mit der Elekritztät zuwenden.
Energie geht nicht verloren
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden.
Wenn Strom durch einen Leiter oder Widerstand fließt geht keine Energie verloren, sie wird stattdessen in Wärme umgesetzt.
Wie schnell sind die Elektronen?
Im Zusammenhang mit elektrischem Strom denkt man gerne an die Lichtgeschwindigkeit. Bewegt sich elektrischer Strom mit Lichtgeschwindigkeit?
Ja und Nein!
Die Elektronen bewegen sich mit 0,07 mm/s, also: 1 mm in etwa 14 Sekunden, 1 m in etwa 4 Stunden. Ein einzelnes Elektron braucht also sehr lange, um durch einen Meter Draht zu gelangen. Trotzdem geht das Licht sofort an, wenn man den Schalter betätigt.
Alternative Darstellung:
Das elektrische Feld breitet sich aber annähernd mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Wasseranalogie von Claude.ai:
File:Wasseranalogie.html
Die kann ich hier leider nicht darstellen, weil ich sie nur als HTML-File bekommen habe und ich das nicht eingebaut bekomme. HTML-Files sind nicht erlaubt. Den Code in die Wikiseite einfügen hat auch nicht funktioniert.
Als SVG-Bild ohne Animation geht es.
Also viel einfacher als das Atommodell erscheint es mir nicht. Außerdem sind da auch Analogiefehler.