Was ist Strom?

Sei es die elektrische Straßenbeleuchtung, Haushaltsgeräte, Computer oder der Schienenverkehr, Strom ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Aber was ist Strom eigentlich genau? Elektrischer Strom ist, laut Definition, die gerichtete Bewegung von Elektronen. Dieser Bewegung von Elektronen liegt das Prinzip der Anziehung und Abstoßung von positiv und negativ geladenen Elementarteilchen (Elektronen und Protonen) zugrunde. Elektrische Spannung entsteht durch die Trennung und Kumulierung von positiv und negativ geladenen Teilchen um zwei Pole, den Plus- und den Minuspol. Zwischen diesen beiden Polen entsteht dann ein so genanntes elektrisches Feld. Wenn ein solches elektrisches Feld in einem nach außen hin isolierten, geschlossenen Stromkreis aufgebaut wird, und die geladenen Teilchen zum jeweils entgegengesetzt geladenen Pol wandern können, spricht man davon, dass Strom fließt.

Für unsere Nutzung von Strom ist das gezielte Fließen von Elektronen relevant - Elektronen sind die negativ geladenen Teilchen, die in der Hülle von Atomen sitzen und mehr oder weniger stark an ihren Atomkern gebunden sind, weniger stark gebundene Elektronen können das Atom verlassen. In Metallen sind die Elektronen der äußersten Schale frei beweglich, sie können daher frei fließen. Diese Eigenschaft macht Metalle zu guten Leitern elektrischen Stroms.

Aus diesem Grundprinzip der Elektrizität können zwei zentrale Begriffe abgeleitet werden: die Spannung, die angibt, wie stark der negative und der positive Pol eines elektrischen Feldes geladen sind, und die Stromstärke, die angibt, wie viel elektrische Ladung pro Zeiteinheit durch den Stromleiter fließt. Stromspannung wird in Volt gemessen, Stromstärke in Ampere. Eine dritte wesentliche Größe kommt spätestens mit den elektrischen Geräten ins Spiel: der so genannte Widerstand.

Aus der Definition von Strom als fließenden Elementarteilchen ergibt sich, dass Strom streng genommen nicht verbraucht wird. Der Strom, also die wandernden Elektronen, fließen, wenn man so will, nach getaner Arbeit wieder zur Quelle zurück und werden nur kurz an vorhandenen Widerständen (sprich: elektrischen Geräten) "gestaut". Gemessen wird daher nicht der Stromverbrauch, sondern die Arbeit im physikalischen Sinn, die durch den elektrischen Strom ermöglicht wird. Diese Arbeit wird in Wattsekunden bzw. Kilowattstunden angegeben - das ist jene Einheit, die der Stromzähler misst.

Das grundlegende Problem der Stromerzeugung besteht darin, zunächst kontrolliert eine elektrische Spannung und damit die Möglichkeit des Stromflusses herzustellen. Das ist auf verschiedene Arten und auf der Grundlage verschiedener physikalischer Vorgänge möglich. In Kraftwerken werden meist große Generatoren betrieben. Generatoren erzeugen aus Bewegungsenergie (z.B. dem Drehen eines Windrades) elektrische Energie, hier sind demnach elektrodynamische Prozesse involviert. Elektrochemische Reaktionen werden dagegen etwa für Batterien genutzt. Die Nutzung von Sonnenenergie beruht auf dem so genannten photoelektrischen Effekt.
Für die Nutzung von elektrischem Strom und vor allem für seinen "Transport" ist eine weitere Unterscheidung von Bedeutung: Jene zwischen Gleich- und Wechselstrom. Beim Gleichstrom bewegen sich die Elektronen immer in dieselbe Richtung (vom Minuspol, durch den gesamten Stromkreis hindurch, bis zum Pluspol), beim Wechselstrom "flimmern" sie nur hin und her, sie ändern mit einer bestimmten Frequenz (üblich sind 50 Mal pro Sekunde) die Richtung. Aufgrund der leichteren technischen Transportierbarkeit funktionieren öffentliche Stromversorgungsnetze mit Wechselstrom.