Elektrischer Strom – Definition und Wirkungen

Wer ein Kabel zwischen zwei Anschlussklemmen anschließt, sieht zunächst gar nichts. Steckt am anderen Ende eine Glühlampe, leuchtet sie — und genau dazwischen passiert das, was wir als „elektrischen Strom“ bezeichnen.

Definition: Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern.

Damit Strom überhaupt fließen kann, müssen drei Bedingungen zusammenkommen:

1. Es muss freie Ladungsträger geben. Im Metall sind das die Elektronen, in Salzlösungen und Säuren die Ionen, in Halbleitern sowohl Elektronen als auch sogenannte „Löcher“.
2. Es muss eine Antriebskraft vorhanden sein. Diese Antriebskraft ist die elektrische Spannung — sie wirkt wie ein Druckunterschied im Wasserrohr.
3. Es muss ein geschlossener Stromkreis vorhanden sein. Wird der Kreis an einer Stelle unterbrochen (Schalter offen, Kabelbruch), kommt der Strom überall im Kreis zum Erliegen.

Im Inneren eines Kupferleiters bewegen sich die freien Elektronen bei Raumtemperatur ohnehin ständig — aber völlig ungeordnet, mal in die eine, mal in die andere Richtung. Erst eine angelegte Spannung erzeugt eine gerichtete Drift: alle Elektronen wandern im Mittel langsam in eine Richtung. Diese Driftgeschwindigkeit ist erstaunlich klein, sie liegt im Bereich weniger Millimeter pro Sekunde. Was sich nahezu lichtschnell ausbreitet, ist das elektrische Feld in der Leitung — und genau das setzt überall gleichzeitig die Elektronen in Bewegung. Deshalb leuchtet die Lampe sofort, obwohl das einzelne Elektron auf seinem Weg vom Schalter zur Glühwendel Stunden bräuchte.

Nicht jeder Stoff ist gleichermaßen ein Stromträger:

• Leiter haben sehr viele freie Ladungsträger — Kupfer, Silber, Aluminium.
• Nichtleiter (Isolatoren) haben kaum freie Ladungsträger — Glas, Porzellan, viele Kunststoffe.
• Halbleiter liegen dazwischen und lassen sich gezielt beeinflussen — Silizium, Germanium. Sie sind die Grundlage der gesamten Elektronik.

Wenn Strom die Bewegung von Ladungsträgern ist, braucht es eine Messgröße, die diese Bewegung quantifiziert: wie viel Ladung passiert in welcher Zeit eine bestimmte Stelle im Leiter? Das ist die Stromstärke.

Die Einheit ist das Ampere (A). Sie gehört zu den sieben SI-Basiseinheiten — alle anderen elektrischen Einheiten (Volt, Ohm, Watt) leiten sich daraus ab. Seit 2019 ist das Ampere fest über die Elementarladung definiert: 1 Coulomb entspricht rund 6,24 · 10¹⁸ Elementarladungen. 1 Ampere ist demnach der Strom, bei dem in einer Sekunde 6,24 · 10¹⁸ Elementarladungen einen Leiterquerschnitt passieren.

Im Alltag bewegen sich die Stromstärken über viele Größenordnungen:

Anwendung	Größenordnung
Mikrocontroller-Eingang, Sensorsignal	µA bis wenige mA
LED-Beleuchtung	10–20 mA
Smartphone-Ladung	1–3 A
Haushalts-Steckdosenkreis (Absicherung)	bis 16 A
Anlasser im PKW	150–300 A
Lichtbogen-Schweißgerät	100–300 A
Blitzschlag	10 000 – 200 000 A

Damit so unterschiedliche Werte handlich bleiben, werden im Alltag die üblichen SI-Vorsätze verwendet:

• 1 mA = 0,001 A
• 1 µA = 0,000 001 A
• 1 kA = 1000 A

Wenn Elektronen die Ladungsträger sind und ein negatives Vorzeichen tragen, dann müssten sie eigentlich vom Minus- zum Pluspol wandern. Genau das tun sie auch. Trotzdem zeichnet man die Strompfeile in Schaltplänen andersherum. Das hat einen historischen Grund — und bleibt aus gutem Grund so.

Es gibt zwei Begriffe:

• Technische Stromrichtung: vom Pluspol durch den Verbraucher zum Minuspol. So zeichnet man Strompfeile in jedem Schaltplan, so rechnet man in jeder Maschenregel.
• Physikalische Stromrichtung (Elektronenstromrichtung): vom Minuspol zum Pluspol. So bewegen sich die Elektronen tatsächlich.

Festgelegt wurde die technische Richtung lange vor der Entdeckung des Elektrons. Damals nahm man an, etwas Positives fließe vom Plus- zum Minuspol. Als sich herausstellte, dass es genau umgekehrt ist, war es zu spät: alle Schaltzeichnungen, Formeln und Vorzeichenregeln waren bereits fest etabliert. Man hat die technische Richtung beibehalten — sie funktioniert mathematisch und in der Schaltungslogik durchgängig, und ein nachträglicher Wechsel hätte mehr Verwirrung gestiftet als Nutzen gebracht.

In der Praxis arbeitet man fast ausschließlich mit der technischen Stromrichtung. Nur bei wenigen Themen — Halbleiterphysik, Galvanik, manchen Aspekten der Korrosion — lohnt sich der Blick auf die tatsächliche Elektronenbewegung. Wer eine Stromzange falsch herum um einen Leiter legt, sieht das Vorzeichen kippen: kein Defekt, sondern eine korrekte Anzeige der umgekehrten Bezugsrichtung.

Trägt man die Stromstärke über die Zeit auf, zeigt sich auf einen Blick, welche Stromart man vor sich hat: eine waagerechte Linie oder eine schwingende Kurve.

Gleichstrom (DC, direct current)

• Stromstärke und Richtung bleiben konstant
• Quellen: Batterie, Akkumulator, Solarzelle, Netzteil
• Anwendung: Elektronik, Steuerteile in Schaltschränken, KFZ-Bordnetz, alle akkubetriebenen Geräte

Wechselstrom (AC, alternating current)

• Stromstärke und Richtung wechseln periodisch
• Im österreichischen Niederspannungsnetz: 50 Hz, das heißt 50 vollständige Schwingungen pro Sekunde
• Quellen: Generator im Kraftwerk, Sekundärwicklung am Trafo, Wechselrichter an PV-Anlagen
• Anwendung: Versorgungsnetz, Drehstrommotoren, alle größeren Verbraucher

Mischstrom

• Überlagerung eines Gleichanteils mit einem Wechselanteil
• Typisches Beispiel: pulsierender Gleichstrom hinter einem Gleichrichter ohne Glättungskondensator

Wie sich Wechselstrom genau verhält, mit Effektivwert, Frequenz und Phasenlage, behandelt im Detail die Kategorie Wechselstromtechnik.

Was vom Strom übrig bleibt, wenn der Schalter umgelegt ist, sind seine Wirkungen — und sie sind die Grundlage jedes elektrischen Geräts. Fünf Wirkungen genügen, um den gesamten Maschinenpark der Elektrotechnik zu erklären.

1) Wärmewirkung

Jeder Leiter, durch den Strom fließt, erwärmt sich. Bei dünnen Glühdrähten so stark, dass sie zu glühen beginnen, bei dicken Sammelschienen so wenig, dass es kaum messbar ist — bis die Stromstärke zu groß wird. Die Wärmewirkung steckt hinter Toaster, Heizpatrone, Föhn, Sicherungsdraht, Lötkolben und Heizband. Sie ist auch der Grund, warum jedem Leitungsquerschnitt nur ein bestimmter Strom zugemutet werden darf — das nächste Kapitel zur Stromdichte greift das quantitativ auf.

2) Magnetische Wirkung

Jeder stromdurchflossene Leiter umgibt sich mit einem Magnetfeld. Wickelt man den Leiter zu einer Spule, addieren sich die Feldlinien zu einem starken Elektromagneten. Aus dieser Wirkung leben Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, Schützspulen, Schaltrelais und Lautsprecher. Wie das Feld im Detail aussieht und wie man es berechnet, behandelt der Beitrag Das magnetische Feld.

3) Chemische Wirkung

Fließt Strom durch eine Salzlösung oder eine Säure, wandern die Ionen an die Elektroden, und an deren Oberfläche werden Stoffe umgewandelt. Drei Anwendungen sind im technischen Alltag besonders wichtig:

• Galvanik: gezieltes Aufbringen einer dünnen Metallschicht — Verzinken, Verchromen, Vernickeln.
• Akkumulator: chemische Reaktion als wiederaufladbarer Energiespeicher; beim Entladen läuft die Reaktion in eine Richtung, beim Laden in die andere.
• Korrosion: ungewollte elektrochemische Zersetzung von Metallen, oft beschleunigt durch Streuströme oder den Kontakt zweier verschiedener Metalle.

4) Lichtwirkung

Strom kann auf zwei grundsätzlich verschiedenen Wegen Licht erzeugen. Klassisch über große Hitze: in der Glühlampe glüht der Wolframdraht, im Lichtbogen beim Schweißen ionisiert die Luft. Modern über Halbleitereffekte: in der LED entsteht Licht direkt durch Übergänge in der Halbleiterstruktur, ohne dass das Bauteil stark erhitzt werden muss — das ist der Grund für die hohe Effizienz. Streng genommen ist die Lichtwirkung der Glühlampe ein Spezialfall der Wärmewirkung.

5) Physiologische Wirkung

Strom durch den menschlichen Körper greift in Nerven und Muskeln ein und kann das Herz aus dem Takt bringen. Maßgeblich ist nicht die Spannung allein, sondern die Stromstärke durch den Körper, dazu die Frequenz und die Einwirkdauer.

Anhaltspunkte für 50-Hz-Wechselstrom, Strompfad Hand zu Hand:

• ab etwa 0,5 mA: spürbar
• ab etwa 10 mA: Muskelkrampf, das Loslassen eines berührten Leiters ist oft nicht mehr möglich
• ab etwa 30–50 mA: Gefahr von Herzkammerflimmern, abhängig von der Einwirkdauer

50 Hz ist gerade für das Herz besonders gefährlich, weil diese Frequenz nahe an der Reizbarkeit des Herzmuskels liegt. Gleichstrom in vergleichbarer Stromstärke wirkt akut weniger oft auf den Herzrhythmus, kann aber bei längerer Einwirkung schwere Verbrennungen und elektrolytische Schäden am Gewebe verursachen.

Bevor jemand an elektrischen Anlagen arbeitet, werden in der Praxis die fünf Sicherheitsregeln in dieser Reihenfolge eingehalten:

1. Freischalten
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
3. Spannungsfreiheit feststellen
4. Erden und Kurzschließen
5. Benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Diese Reihenfolge ist keine Empfehlung, sondern verbindlicher Standard. Wie die einzelnen Schutzkonzepte (Schutzleiter, Fehlerstromschutzschalter, Schutzklassen, Schutzarten) im Detail aufgebaut sind, behandelt die Kategorie Schutzmaßnahmen.

Aus dem letzten Kapitel ist klar: Strom erwärmt den Leiter. Die nächste Frage ist, ab wann das problematisch wird. Die Antwort steckt nicht in der Stromstärke allein, sondern im Verhältnis zwischen Strom und Leiterquerschnitt — der Stromdichte.

Wie wir in Kapitel 5 zur Wärmewirkung gesehen haben, ist die Erwärmung des Leiters die eigentliche Grenze. Die Stromdichte ist die Größe, mit der man diese Belastung handlich quantifizieren kann.

Ein anschauliches Beispiel: ein 1,5-mm²-Kupferleiter mit 16 A führt eine Stromdichte von rund 10,7 A/mm². Bei doppeltem Querschnitt (3 mm²) hätte derselbe Strom nur noch die halbe Stromdichte — und entsprechend weniger Erwärmung pro Längeneinheit. Wer einen Querschnitt verdoppelt, halbiert nicht nur die Stromdichte, sondern auch die Widerstandsbeläge der Leitung, mit deutlich weniger Spannungsabfall und weniger Verlustwärme.

Als grobe Hausnummern für die Auslegung von Kupferleitern in der Festverlegung gelten typische Werte in der folgenden Größenordnung. Sie hängen stark von der Verlegeart, der Häufung mehrerer Stromkreise nebeneinander und der Umgebungstemperatur ab — die verbindlichen Tabellen mit allen Reduktionsfaktoren stehen in der Errichtungsnorm:

Querschnitt	Typische Strombelastbarkeit
1,5 mm²	ca. 16 A (Beleuchtungskreis)
2,5 mm²	ca. 20–25 A (Steckdosenkreis)
4 mm²	ca. 32 A
6 mm²	ca. 40 A
10 mm²	ca. 50 A

Strom muss durch das Messgerät hindurch. Spannung kann man neben einer Stelle abgreifen, Strom nicht — er fließt nur dort, wo eine geschlossene Leitung ihn führt. Aus diesem einen Satz folgt die gesamte Bedienlogik des Amperemeters.

Grundprinzip: Das Amperemeter wird in den Strompfad gelegt — also in Reihe mit dem Verbraucher. Der Strom, der durch den Verbraucher fließt, fließt damit auch durch das Messgerät, und nur so kann es ihn registrieren.

Forderung an das Messgerät: Idealerweise hat das Amperemeter einen Innenwiderstand von null. Reale Geräte erreichen Werte im Bereich von Bruchteilen eines Ohms bis wenige Ohm. Wäre der Innenwiderstand groß, würde das Messgerät selbst den Strom merklich verringern — den es eigentlich messen will.

Der häufigste Fehler: Das Amperemeter wird versehentlich parallel zu einer Spannungsquelle oder einem Verbraucher angeschlossen. Mit seinem niedrigen Innenwiderstand wirkt es dann praktisch wie ein Kurzschluss. Folge: bei guten Multimetern spricht die interne Sicherung an, bei einfachen Geräten kann ein Lichtbogen entstehen — Geräteschaden, im schlimmsten Fall Verletzungen.

Berührungslose Alternative — Stromzange: Statt den Stromkreis aufzutrennen, umschließt die Stromzange den Leiter. Sie misst nicht den Strom direkt, sondern das Magnetfeld, das dieser Strom rund um den Leiter aufbaut, und rechnet daraus auf den Stromwert zurück. Vorteil: man muss keine Klemme lösen, ideal für Messungen an bestehenden Verdrahtungen unter Last.

Wie man Multimeter, Stromzange und Oszilloskop konkret bedient — Buchsenwahl, Messbereich, Auflösung, Sicherheitskategorien — behandeln die Beiträge Multimeter: Spannung, Strom, Widerstand messen und Stromzangen-Messung.