Elektrizität und elektrische Energie

Elektrische Energie – einfach erklärt

Hast du dich schon einmal gefragt, warum eine Glühlampe leuchtet? Der Grund dafür ist die elektrische Energie. Stell dir einen Stromkreis vor, in dem eine Batterie, eine Glühlampe und ein Schalter mit Kabeln miteinander verbunden sind. Man nennt so etwas einen elektrischen Schaltkreis. Wenn man einen solchen Schaltkreis zeichnet, benutzt man zur Vereinfachung bestimmte Zeichen für die Objekte, die sogenannten Schaltzeichen. Das Bild nennt man dann einen Schaltplan.

Wenn du dir das Symbol für den Schalter genauer ansiehst, kannst du schon etwas über die elektrische Energie lernen. Der Schalter steht auf eingeschaltet, wenn er geschlossen ist. Dann leuchtet auch die Glühlampe. Wenn der Schalter offen ist, leuchtet sie nicht. Wir können also schon aufschreiben:

Das legt nahe, dass in einem geschlossenen Stromkreis etwas fließt. Das sind die elektrischen Ladungen. Den Fluss der Ladungen nennen wir den elektrischen Strom. Er hat das Formelzeichen $I$. Genauer gesagt spricht man von der Stromstärke $I$. Sie ist die Grundgröße der Elektrizität.

Stell dir vor, wir würden zwar den Schalter schließen, aber die Batterie aus dem Stromkreis entfernen. Dann würde die Lampe nicht leuchten. Die Batterie muss also etwas mit dem Strom zu tun haben. Sie ist sozusagen der Antrieb des Stroms. Sie ist ein Energiespeicher und gibt elektrische Energie ab, die dann durch den elektrischen Strom transportiert wird. Der Strom ist somit der Energieträger der elektrischen Energie. Das funktioniert so lange, bis die Batterie leer ist, also der Energiespeicher aufgebraucht ist.

Elektrische Energie – Definition

Die elektrische Energie hat das Formelzeichen $E$, wie die meisten Energieformen, und hat auch die Einheit Joule $(\pu{J})$.

Elektrische Energie – Umwandlung

Wenn der Schalter geschlossen und die Batterie voll ist, fließt also elektrischer Strom von einem zum anderen Pol der Batterie und sorgt dabei dafür, dass die Lampe leuchtet. Die Glühlampe leuchtet, weil sie elektrische Energie in Lichtenergie und Wärme umwandelt. Es ist wichtig, dass du das Wort umwandeln und nicht verbrauchen benutzt. Elektrische Energie kann man nämlich in andere Energieformen umwandeln, aber nicht verbrauchen – genauso übrigens wie jede andere Energieform.

Die Polung der Batterie bestimmt auch, in welche Richtung der Strom fließt. Physikalisch gesehen fließt der Strom hier vom Minus- zum Pluspol. Es gibt aber auch noch die Sichtweise der technischen Stromrichtung, nach der der Stromfluss vom Plus- zum Minuspol definiert ist. Bei manchen Bauteilen hat die Stromrichtung einen Einfluss darauf, ob und wie sie funktionieren (egal ob die physikalische oder die technische Stromrichtung betrachtet wird). Sobald der Schalter geöffnet wird, fließt kein Strom mehr. Der Strom fließt also entweder überall oder nirgends im Stromkreis. Aber ist er auch überall gleich groß?

Schauen wir uns an, was passiert, wenn wir zwei exakt gleiche Glühlampen hintereinander in den Stromkreis schalten.

Bei geschlossenem Schalter leuchten beide Lampen gleich hell, aber etwas dunkler, als wenn nur eine Lampe im Stromkreis ist. Durch beide Lampen fließt also der gleiche Strom. (Wieso sie trotzdem etwas dunkler leuchten, weißt du, wenn du mehr zum Thema elektrische Spannung gelernt hast.)

Elektrische Energie – Formel

Die Formel für die elektrische Energie in einem Stromkreis lautet:

$E=Q \cdot U$

Da die Ladung $Q$ eine nicht ganz einfach zu messende Größe ist, können wir auch $Q=I \cdot \Delta t$ verwenden und einsetzen. Dann gilt:

$E=U \cdot I \cdot \Delta t$

Häufige Fragen zum Thema elektrische Energie