Grundbegriffe
Elektrische Grundlagen animiert und interaktiv dargestellt: Du veränderst die Parameter mit Schiebereglern und siehst die Wirkung sofort. Keine isolierten Formeln — alles im visuellen Kontext.
Grundgrößen & Bauelemente
Stromstärke (Strom)
Der Strom = der Fluss elektrischer Ladung durch einen Leiter
Strom I
8 A
1 A
1 C/s
I = Q / t
Der elektrische Strom I = wie viel Ladung (Elektronen) pro Sekunde durch einen Leiter fließt. I = Q/t; Einheit: Ampere (A); 1 A = 1 C/s. Erhöhe I → die Elektronen fließen schneller.
Spannung
Die Spannung = die Potentialdifferenz, die den Strom „antreibt” (wie der Wasserdruck)
Spannung U
12 V
1 V
1 J/C
Die Spannung U = die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten; sie ist der „Druck”, der den Strom antreibt (Analogie: der Höhenunterschied des Wassers). Einheit: Volt (V); 1 V = 1 J/C.
Widerstand
Er setzt dem Stromfluss einen Widerstand entgegen; bei fester Spannung → größeres R → kleinerer Strom
Widerstand R
6 Ω
I = U/R
2,00 A
U
12 V
R = U / I = ρ · L / S
Der Widerstand R setzt dem Strom einen Widerstand entgegen. Bei festem U gilt I = U/R (doppeltes R → halber Strom). R = ρ·L/S (steigt mit der Länge, sinkt mit dem Querschnitt). Einheit: Ohm (Ω). Der Strom durch R erzeugt Wärme: P = I²·R.
Leistung
Die pro Sekunde verbrauchte Energie: P = U · I
Leistung P
60 W
P = U · I · 1 W = 1 V · 1 A
Die Leistung P = die pro Sekunde verbrauchte Energie = das Produkt aus Spannung und Strom (die Fläche U×I). Einheit: Watt (W). Die Glühlampe leuchtet heller, wenn P steigt.
Das ohmsche Gesetz
Ändere Spannung und Widerstand; der Strom fließt schneller oder langsamer
Strom I = U / R
2,00 A
Leistung P = U · I
24 W
I = U / R · P = U · I
Die Teilchen fließen schneller, wenn der Strom größer ist. Bei kleinerem R oder größerem U → I steigt.
Das Leistungsdreieck
Wie sich die Scheinleistung in Wirkleistung (P) und Blindleistung (Q) aufteilt, abhängig von cos φ
Wirkleistung P
8,5 kW
Blindleistung Q
5,3 kVAr
Scheinleistung S
10 kVA
P = S · cos φ (kW, nutzbar) · Q = S · sin φ (kVAr, blind) · S = √(P² + Q²) (kVA). Ein kleinerer cos φ → mehr nutzlose Blindleistung.
Frequenz & Periode
Wie viele Schwingungen pro Sekunde eine Wechselspannung ausführt
Frequenz f
2 Hz
Periode T = 1/f
0,50 s
Frequenz (Hz) = Anzahl der Zyklen pro Sekunde; Periode T = 1/f. Das Netz in Rumänien: 50 Hz (T = 20 ms).
Induktivität (Henry)
Die Spule wirkt der Stromänderung entgegen; die Spannung ist um +90° phasenverschoben
U_L = L · di/dt · 1 H = 1 V·s/A
Eine Spule speichert Energie im Magnetfeld und wirkt der Stromänderung entgegen. Bei Wechselstrom eilt die Spannung an der Spule dem Strom um +90° voraus. Die Induktivität wird in Henry (H) gemessen.
Kapazität (Farad)
Der Kondensator lädt und entlädt sich exponentiell (Zeitkonstante τ = R·C)
τ = R · C
1,0
Ladung
0 %
Der Kondensator speichert Ladung: Q = C · U. Er lädt sich exponentiell mit der Zeitkonstante τ = R · C (bei 5τ ist er zu ~99 % geladen). Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen.
Magnetfeld
Das kreisförmige Feld um einen stromdurchflossenen Leiter
Der Strom erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld um den Leiter; die Stärke nimmt mit dem Strom zu. Die Richtung: die Rechte-Hand-Regel (Daumen = der Strom, die Finger = das Feld).
Wechselstrom → Gleichstrom & Messen
Gleichrichter — AC → CC
Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom
Transformator (ändert die Amplitude gemäß dem Übersetzungsverhältnis) → Brückengleichrichter (4 Dioden) → Glättungskondensator → Gleichspannung.
Der Transformator ändert die Spannung gemäß dem Übersetzungsverhältnis: U_sekundär = U_primär / n. Die Brücke (4 Dioden) klappt die negativen Halbwellen um; der Kondensator „füllt” die Lücken (Glättung). Größerer Kondensator → kleinere Welligkeit.
Voltmeter & Amperemeter
Wie man sie richtig anschließt — und was passiert, wenn man sich irrt
Was du misst
Anschluss
✓ Richtig. Das Voltmeter wird PARALLEL zum Verbraucher angeschlossen; das Amperemeter in REIHE.
Voltmeter = großer Widerstand, PARALLEL (misst die Spannung an den Klemmen). Amperemeter = kleiner Widerstand, in REIHE (der Strom fließt durch es hindurch). Ihre Vertauschung ist der klassische Fehler.
Kirchhoffsche Regeln
Kirchhoffsche Regeln
Wie sich Ströme und Spannungen in Reihe und parallel aufteilen
I (total)
0,40 A
U1 / U2
4,0 / 8,0 V
I (comun)
0,40 A
Maschenregel (KVL): in der Masche gilt U = U1 + U2. In Reihe ist der Strom gleich, und die Spannung teilt sich proportional zu R auf.
In Reihe: I gemeinsam, U teilt sich auf (U = U1 + U2 — KVL). Parallel: U gemeinsam, I teilt sich auf (I = I1 + I2 — KCL).
Generatoren in Reihe & parallel
Wie sich Spannung und Strom ändern, wenn du mehrere Quellen verbindest
Gesamtspannung
24 V
In Reihe (+ an −): die Spannungen ADDIEREN sich → U = U1 + U2. Der verfügbare Strom bleibt gleich. (Bsp.: 2 Batterien von 1,5 V in Reihe = 3 V.)
Reihe = die Spannungen addieren sich (Strom unverändert). Parallel = die Spannung bleibt, aber der maximale Strom / die Kapazität steigt. Bei Parallelschaltung müssen die Quellen dieselbe Spannung haben (sonst entstehen Ausgleichsströme).
Dreiphasensystem
Dreiphasige Sinuskurven
Die drei Außenleiter bei 120° und der Strom durch den Neutralleiter, wenn du sie aus dem Gleichgewicht bringst
Symmetrisch — der Strom durch den Neutralleiter ≈ 0 (die drei heben sich vektoriell auf).
Bei gleichen Amplituden ist die Summe der drei um 120° verschobenen Sinuskurven null → der Neutralleiter ist nicht belastet. Siehe die Seite „Dreiphasige Symmetrie” zur Berechnung.
Dreiphasige Zeiger (Phasenverschiebung 120°)
Die drei Spannungen als rotierende Vektoren, um 120° verschoben — symmetrisches System
Symmetrisches System (120° / 240° Verschiebung) — die Vektorsumme der drei ≈ 0 (sie heben sich auf).
Vektorsumme (Resultierende)
0 V
Resultierende = U_Phase × |R⃗ + S⃗ + T⃗| · U_Phase = 230 V · symmetrisch (120°) → 0
Die drei Phasen R/S/T sind Vektoren (Zeiger) gleicher Länge, um 120° verschoben. Verschiebe S/T und beobachte, wie ihre Vektorsumme (Resultierende) von null an wächst. Es ist eine Demonstration der Auslöschung bei 120°: In einem realen Netz ist die Verschiebung fest auf 120°, und der Neutralleiterstrom entsteht durch ungleiche Lasten an den Phasen (siehe Seite „Dreiphasiges Gleichgewicht"), nicht durch Ändern des Winkels.
Stern (Y) — Dreieck (Δ)
Die zwei Schaltungsarten eines Dreiphasensystems
Dreiphasiger Verbraucher — 3 Wicklungen (z. B. Motor)
Phasenspannung (L–N)
230 V
Leiterspannung (L–L)
400 V
Wicklungsspannung
230 V
Nur die Wicklungsspannung unterscheidet sich: Stern = 230 V · Dreieck = 400 V
Stern (Y): jede Wicklung liegt zwischen einer Phase und dem Neutralleiter → sie sieht die Phasenspannung = 230 V (= U_Leiter / √3). Leiterstrom = Wicklungsstrom.
Die Netzspannungen sind fest und genormt: 230 V zwischen Phase und Neutralleiter, 400 V zwischen den Phasen (U_Leiter = √3 × U_Phase). Bei Stern/Dreieck ändern sich NICHT diese Spannungen, sondern wie viel Spannung an jeder Wicklung anliegt: im Stern 230 V (Phase–Neutralleiter), im Dreieck 400 V (Phase–Phase). Daher der STERN-DREIECK-Anlauf: Start im Stern (die Wicklung erhält nur 230 V → reduzierter Anlaufstrom), dann Umschaltung auf Dreieck für volle Leistung.
Schutzeinrichtungen
MCB-Kennlinien — B / C / D
Wo ein Schutzschalter auslöst: thermisch (Überlast) oder magnetisch (Kurzschluss)
Auslösekennlinie
Unter 1,13 × In löst er nicht aus. Zwischen 1,13 × In und dem unteren Ende des Bandes (B 3× · C 5× · D 10× In) löst er thermisch aus, langsam. Innerhalb des Bandes (B 3–5× · C 5–10× · D 10–20× In) ist die Auslösung nicht garantiert — sie kann thermisch oder magnetisch sein. Oberhalb des oberen Endes (B 5× · C 10× · D 20× In) ist die unverzögerte Auslösung garantiert, gemäß SR EN 60898-1. Die angezeigte thermische Zeit ist orientierend: sie gibt die Form der Kurve wieder, nicht das tatsächliche Band des Geräts.
FI-Schalter / Summenstromwandler — Fehlerstrom
Wie ein FI-Schalter einen Stromableitfehler nach Erde „spürt”
Sichere Auslösung bei 30 mA · ungewisser Bereich 15–30 mA
✓ Unter 15 mA — löst nicht aus
Im Normalbetrieb ist der Strom, der auf der Phase (L) hineinfließt, = dem Strom, der auf dem Neutralleiter (N) herausfließt → die Summe im Summenstromwandler = 0. Eine Ableitung nach Erde (Berührung, Isolationsfehler) leitet einen Teil des Stroms ab → I_L > I_N; die Differenz (der Differenzstrom) wird vom Summenstromwandler erfasst. Ein FI mit 30 mA löst bei 30 mA sicher aus und kann bereits ab 15 mA auslösen (0,5 · IΔn, SR EN 61008-1) — deshalb hält man die summierten Ableitströme deutlich unter der Schwelle. Art. 4.1.5.2.1 (geändert durch die Aktualisierungen 2023) legt keine Auslöseschwelle fest, sondern verlangt einen Zusatzschutz durch einen FI von höchstens 30 mA.
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