Deine Fahrradlampe leuchtet nur, wenn Energie zu ihr gelangt und ein geschlossener Stromkreis vorhanden ist. Doch was bedeuten Angaben wie 6 V, 0,3 A und 20 Ω? Hier lernst du die drei wichtigsten elektrischen Größen und wendest sie auf einfache Gleichstromkreise an.
1. Ein Stromkreis braucht einen geschlossenen Weg
In Metalldrähten gibt es bewegliche Elektronen. Wird ein leitender Weg zwischen den Polen einer Batterie geschlossen, können sich Ladungen gerichtet bewegen: Es fließt elektrischer Strom. Ein offener Schalter unterbricht diesen Weg.
Die Batterie wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. In der Lampe wird elektrische Energie vor allem in Wärme und teilweise in Licht umgewandelt. Die Ladung wird dabei nicht verbraucht. In einem unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke vor und nach der Lampe gleich.
Die vereinbarte technische Stromrichtung verläuft im äußeren Stromkreis vom Pluspol zum Minuspol. Elektronen bewegen sich im Metalldraht in die entgegengesetzte Richtung. Beide Beschreibungen widersprechen sich nicht: Elektronen tragen negative Ladung.
2. Drei Größen, drei verschiedene Fragen
| Größe | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| Stromstärke I | Wie viel elektrische Ladung passiert einen Leiterquerschnitt pro Zeit? | Ampere (A) |
| Spannung U | Wie viel Energie wird pro Ladungsmenge zwischen zwei Punkten übertragen? | Volt (V) |
| Widerstand R | Wie groß ist das Verhältnis von Spannung zu Stromstärke an einem Bauteil? | Ohm (Ω) |
Du misst eine Spannung zwischen zwei Punkten und eine Stromstärke durch einen Zweig. Auch an einer nicht angeschlossenen Batterie kann eine Spannung anliegen, obwohl kein Strom durch einen äußeren Stromkreis fließt.
Für Rechnungen müssen die Einheiten passen: 1 A = 1 000 mA. Deshalb sind 250 mA = 0,250 A. Diese Umrechnung ist eine häufige Fehlerquelle.
3. Mit Widerstand, Spannung und Strom rechnen
Für einen ohmschen Leiter bei gleichbleibender Temperatur bleibt R konstant. Dann gilt: Verdoppelt man U, verdoppelt sich I. Das ist das ohmsche Gesetz. Nicht jedes Bauteil verhält sich so: Ein Glühlampenfaden wird beim Betrieb heiß; sein Widerstand verändert sich. Eine LED hat ebenfalls keine einfache proportionale U-I-Beziehung.
Ein Strommessgerät wird in den betreffenden Stromweg in Reihe eingefügt. Ein Spannungsmessgerät wird parallel an die beiden Anschlüsse des untersuchten Bauteils gelegt. Ein falsch parallel angeschlossenes Strommessgerät kann einen Kurzschluss verursachen.
4. Reihe und parallel: Wo kann die Ladung entlang?
Pluspol → R₁ → R₂ → Minuspol
Durch beide Widerstände fließt derselbe Strom.
Am Pluspol teilt sich der Strom auf:
Zweig 1: durch R₁ zum Minuspol
Zweig 2: durch R₂ zum Minuspol
Beide Widerstände liegen an derselben Spannung.
| Vergleich | Reihenschaltung | Parallelschaltung |
|---|---|---|
| Stromstärke | I ist überall gleich. | Igesamt = I₁ + I₂ |
| Spannung | Ugesamt = U₁ + U₂ | U ist an beiden Zweigen gleich. |
| Gesamtwiderstand | Rgesamt = R₁ + R₂ | 1/Rgesamt = 1/R₁ + 1/R₂ |
| Ein Zweig wird unterbrochen | Der einzige Stromweg ist unterbrochen. | Der andere Zweig kann weiter Strom führen. |
Beispiel mit einer idealen 6-V-Quelle und zwei Widerständen von je 20 Ω: In Reihe ergeben sich 40 Ω und I = 6 V / 40 Ω = 0,15 A. An jedem Widerstand liegen 3 V. Parallel liegen an jedem Widerstand 6 V; je Zweig fließen 0,30 A. Insgesamt sind es 0,60 A, der Gesamtwiderstand beträgt 10 Ω.
An diesen Zahlen erkennst du: Ein zusätzlicher paralleler Stromweg verkleinert den Gesamtwiderstand. Die Stromstärke aus der Quelle nimmt bei gleichbleibender Spannung zu. Im Modell vernachlässigen wir den Widerstand der Leitungen und den Innenwiderstand der Quelle.
5. Leistung und Energie
Für elektrische Leistung gilt P = U · I. Bei 6 V und 0,30 A werden P = 1,8 W umgesetzt. Leistung beschreibt die Energieumwandlung pro Zeit. Läuft das Gerät 10 Minuten, dann sind das 600 s und E = P · t = 1,8 W · 600 s = 1 080 J. Mehr dazu findest du bei Energie, Arbeit und Leistung.
Beim Ausprobieren: Verwende nur geeignete Schulmaterialien mit kleinen Batteriespannungen, zum Beispiel 4,5 V, und passende Lämpchen. Verbinde Batteriepole niemals direkt: Auch eine kleine Batterie kann bei einem Kurzschluss heiß werden. Steckdosen und geöffnete Netzgeräte sind keine Experimentiermaterialien.
Üben: wissen, anwenden, erklären
- In einem unverzweigten Stromkreis werden vor einer Lampe 0,20 A gemessen. Welche Stromstärke erwartest du dahinter? Begründe.
- Ein Widerstand liegt an 12 V; es fließen 200 mA. Berechne R.
- Zwei Widerstände von 30 Ω liegen in Reihe an 12 V. Bestimme Gesamtwiderstand, Stromstärke und Spannung an jedem Widerstand.
- Dieselben Widerstände werden parallel an 12 V angeschlossen. Berechne die Stromstärke je Zweig und insgesamt.
- Eine kleine Lampe wird mit 6 V und 0,25 A betrieben. Berechne ihre Leistung und die umgewandelte Energie in zwei Minuten.
Lösungen anzeigen
- 0,20 A. Im unverzweigten, stationären Stromkreis wird keine Ladung verbraucht oder dauerhaft angesammelt.
- 200 mA = 0,200 A. R = 12 V / 0,200 A = 60 Ω.
- Rgesamt = 30 Ω + 30 Ω = 60 Ω. I = 12 V / 60 Ω = 0,20 A. An jedem Widerstand: U = 30 Ω · 0,20 A = 6 V.
- Je Zweig: I = 12 V / 30 Ω = 0,40 A. Insgesamt: 0,40 A + 0,40 A = 0,80 A.
- P = 6 V · 0,25 A = 1,5 W. Zwei Minuten sind 120 s. E = 1,5 W · 120 s = 180 J.
Weiterlernen
Wohin geht die Energie? Wärme und Temperatur · Elektronen im Atombau · Zur Physik-Übersicht
Quellen und weiterführendes Wissen
- LEIFIphysik: Elektrische Stromkreise und ihre Größen
- OpenStax Physics: Reihenschaltungen (englisch)
- OpenStax Physics: Parallelschaltungen (englisch)
Grundwissen bis zur mittleren Reife · Stand: 18. Oktober 2026. Reihenfolge und Vertiefung können je nach Bundesland und Schule variieren.