Elektrische Stromrichtung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Die elektrische Stromrichtung beschreibt die Richtung des elektrischen Stromes.

Definition[Bearbeiten]

Elektrischer Strom ist fließende elektrische Ladung. In Physik und Technik wird die Stromrichtung oder Richtung der elektrischen Stromstärke definiert als die Richtung, in der sich positive elektrische Ladung bewegt.[1][2] Außerhalb von Strom- oder Spannungsquellen fließt sie (und damit der Strom) demnach – der Feldlinienrichtung des elektrischen Feldes folgend – vom Pluspol zum Minuspol, innerhalb der Quellen dagegen, um den Stromkreis zu schließen, anschließend weiter vom Minus- zum Pluspol usw. Dies gilt unabhängig von der Art der Ladungsträger als logische Konsequenz aus der Kontinuitätsgleichung.

In einem Plan für eine elektrische Schaltung kennzeichnet man die elektrische Stromrichtung durch einen Zählpfeil, dessen Richtung üblicherweise der elektrischen Stromrichtung entspricht. Sollte sich herausstellen, dass die elektrische Stromrichtung dem Zählpfeil entgegengesetzt ist, so erhält die Stromstärke bezüglich der Pfeilrichtung einen negativen Wert.

Ladungsstrom gegenüber Ladungsträgerstrom[Bearbeiten]

Stromkreis mit Elektronen- und Ionenleitung in einer Reihenschaltung aus Batterie, Ionenleiter (Salzlösung in einem Trog) und Glühlampe, welche durch den Stromfluss zu leuchten beginnt.
Mit roten Pfeilen ist die Richtung des elektrischen Stroms (= „technische Stromrichtung“) eingetragen. Grüne Pfeile markieren die Strömungsrichtung der negativ geladenen Ladungsträger, im Metalldraht sind dies Elektronen.

Umgangssprachlich tauchen die miteinander konkurrierenden Begriffe der sogenannten „technischen“ und „physikalischen“ Stromrichtung auf. Tatsächlich aber ist die elektrische Stromrichtung identisch mit der „technischen“ Stromrichtung und in der Physik und Elektrotechnik genau gleich definiert.[3][4]

Der Begriff der „technischen Stromrichtung“ ist in erster Linie historisch bedingt; er geht von einem Strom von Ladungen aus, die sich – der Feldlinienrichtung des elektrischen Feldes folgend – vom positiven zum negativen Spannungspol bewegen. Dass es dagegen in metallischen Leitern die Elektronen sind, die als Ladungsträger den Stromfluss bewirken und dabei genau umgekehrt vom negativen zum positiven Pol fließen, war zur Zeit dieser Begriffsbildung noch unbekannt.[5] Die Definition der elektrischen Stromrichtung wurde auch nach der Entdeckung der Elektronen fast ein Jahrhundert später als einheitliche Konvention beibehalten. Die Festlegung des Vorzeichens der Stromrichtung ist unmittelbar verknüpft mit der Festlegung des Vorzeichens der Ladung; die ursprünglich angenommene einzige Art von Ladungen war positiv. Die Ladung der in Gegenrichtung bewegten Elektronen erklärte man dann unter Beibehaltung des elektrostatischen Kraftgesetzes als negativ.

Im Unterschied dazu bezeichnet der Begriff der „physikalischen Stromrichtung“ nicht den Strom elektrischer Ladung, sondern einen Massen-, Volumen-, Teilchen- oder quantenmechanischen (Aufenthalts-) Wahrscheinlichkeitsstrom von elektrischen Ladungsträgern. Er kennzeichnet somit die Bewegung der elektrischen Ladungsträger unabhängig von ihrer jeweiligen Ladung. Teilweise wird offen gelassen, um welche Ladungsträger es sich handelt; oft sind Elektronen in Metallen gemeint, die per Konvention eine negative Ladung besitzen. Dann ist die Elektronenströmung („physikalische Stromrichtung“), wie in der Abbildung verdeutlicht, der Ladungsströmung („technische Stromrichtung“) entgegengerichtet.

Da es neben den Elektronen eine Reihe weiterer Ladungsträger gibt, die positiv oder negativ geladen zum Ladungstransport und damit Stromfluss beitragen können – in Halbleitern, bei der Elektrolyse oder in Gasentladungen –, ist der Begriff der „physikalischen Stromrichtung“ nicht nur missverständlich, sondern fallweise auch mehrdeutig. Es ist also besser, von vornherein von der Bewegungsrichtung der jeweiligen Ladungsträger zu sprechen, d. h. der „Elektronenflussrichtung“ oder der Bewegungsrichtung negativer oder positiver Ionen, Defektelektronen usw.

Dem tatsächlich gar nicht bestehenden Gegeneinander von Technik und Physik entgeht man, indem man die namentlich in englischsprachigen Quellen vorkommende Alternativbezeichnung „konventionelle Stromrichtung“ (englisch conventional current direction) verwendet.

Darstellung der Stromflussrichtung senkrecht zur Zeichenebene[Bearbeiten]

Um Richtungen quer zur Zeichenebene darzustellen, werden bei der elektrischen Stromrichtung die Symbole (aus der Ebene heraus zum Betrachter) und (vom Betrachter in die Ebene hinein) verwendet. Als Eselsbrücke zum Behalten dieser Symbole kann man sich einen Pfeil vorstellen: Wenn der Pfeil auf den Beobachter zufliegt, ist nur der Punkt der Spitze zu sehen. Fliegt der Pfeil von dem Beobachter weg, so sind Federn am Ende des Pfeils als Kreuz zu sehen.

Wechselstrom[Bearbeiten]

Ein elektrischer Strom, dessen Stromrichtung sich in regelmäßiger Wiederholung ändert bezeichnet man als Wechselstrom. In einem solchen Stromkreis wird eine beliebige Richtung mit einem Zählpfeil gekennzeichnet und die Richtung des elektrischen Stroms durch das Vorzeichen der Stromstärke bestimmt. Ein positives Vorzeichen kennzeichnet einen Strom in Pfeilrichtung, ein negatives eine entgegengesetzte Stromrichtung.

Gelegentlich wird der Zählpfeil in Schaltplänen auch auf die Richtung des Energieflusses angewendet. Dieser ist unabhängig von der elektrischen Stromrichtung und entspricht der einem Verbraucher zugeführten Wirkleistung mit derselben Vorzeichenregelung bezüglich der Pfeilrichtung.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. DIN EN 60375, Vereinbarungen für Stromkreise und magnetische Kreise, Kap. 4.1, 2004
  2. IEC 60050-131, siehe Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch, Eintrag 131-11-29
  3. Ludwig Bergmann, ‎Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 2: Elektrizitätslehre. Walter de Gruyter, 1966, S. 124
  4. Wilfried Plaßmann, Detlef Schulz: Handbuch Elektrotechnik: Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker. Vieweg+Teubner, 2009, S. 256
  5. Karl Küpfmüller: Theoretische Elektrotechnik und Elektronik. 14. Auflage, Springer Verlag 1993, ISBN 3-540-56500-0.