Mit dieser Sendung kommt etwas mehr Dynamik in die Elektrik. Nach dem Bereich der "Elektrostatik" werden nun fließende elektrische Ladungen näher untersucht. Eng verknüpft mit dem Begriff der elektrischen Stromstärke ist der Begriff des elektrischen Widerstands, der die Brücke zur elektrischen Spannung aus der letzten Sendung schlägt. Die Sendung gliedert sich in folgende Abschnitte:
Einige der Experimente zur Elektrizität können Sie mit speziellen
Experimentiersortiments auch selbst durchgeführen. Beachten Sie dabei unbedingt
eine Gefahrengrenze:
Bei Experimenten mit Elektrizitätsquellen bis maximal 12 V ist ein elektrischer
Unfall ausgeschlossen, Experimente mit höheren Spannungen erfordern die
verlässlichen Kenntnisse eines Experten. Ein Stromkreis
besteht aus einer leitenden Verbindung zwischen den beiden Polen einer
Elektrizitätsquelle, in die noch mindestens ein Bauteil eingeschaltet ist, das
den Stromfluss begrenzt. Hier wird meistens eine Lampe verwendet, die zusätzlich
auch ein einfaches Stromanzeigegerät darstellt. Wenn man in den Stromkreis eine
Lücke
einbaut, kann man verschiedene Materialien testen, ob sie Strom leiten können:
Kupfer ist ein Leiter, Kunststoffe, bis auf Spezialtypen, sind Isolatoren. Bei
Elektrizität in der Nähe von Wasser
ist von großer Gefahr auszugehen. Destilliertes Wasser wäre zwar ein Isolator,
aber durch die Bestandteile von Mineralien und Salzen
wird Leitungswasser bei höheren Spannungen ein guter Leiter. Strom kann in Form
eines Elektronenstrahls auch in Vakuum oder in verdünnten Gasen fließen. Darauf
beruht die Funktionsweise einer Leuchtstofflampe.
Es sind drei Wirkungen der Elektrizität, die wir hauptsächlich nützen: Die
Wärme- und die Leuchtwirkung wie z.B. in Glühlampen
und den Elektromagnetismus,
den wir in einer späteren Sendung näher untersuchen.
Um zu verstehen, warum einzelne Materialen Leiter oder Isolatoren sind, muss
man sich den atomaren Aufbau der Festkörper näher ansehen. Ein Musterbeispiel
ist Silicium,
das in Reinstform ein Isolator ist. Lediglich kleinste, bewusst herbeigeführte
Verunreinigungen sorgen für die gesteuerte Leitfähigkeit des bekannten
Halbleitermaterials. Im Kristallaufbau von Silicium hat jedes Atom vier nächste
Nachbarn. Damit bildet jedes der vier Valenzelektronen genau ein stabiles
Bindungspaar; es bleiben keine freien Elektronen für einen Stromfluss. Bei
Metallen wie Kupfer liegt der Fall ganz anders. Wegen der sogenannten Metallbindung
gibt jedes Atom Elektronen in ein gemeinsames "Elektronengas". Damit sind
Metalle automatisch sehr gute elektrische Leiter.
Wenn an einen Leiter eine Spannung angelegt ist, dann erfahren die frei
beweglichen Leitungselektronen eine Kraft hin zum Minuspol. Deshalb wird der
elektrische Strom
als Quotient aus fließender Ladung 
Q und Zeitdifferenz t
festgelegt. Zur Messung der Stromstärke stehen verschiedene Gerätetypen
zur Verfügung. Die analogen Zeigergeräte sind fast durchweg
Drehspulenistrumente. Dazu kommen moderne Digital-Amperemeter, in denen ein
elektronischer Baustein die Stromstärke als Zahlenwert darstellt. Bei einer Vergleichsmessung
mit verschiedenen Geräten an verschiedenen Stellen eines unverzweigten
Stromkreises lässt sich zeigen, dass die Stromstärke überall gleich groß ist.
Das gilt auch für die Anschlüsse vor und nach der Lampe. Die übliche Wortwahl
"Stromverbrauch" ist völlig falsch!
Elektrische Bauteile leiten den Strom bei einer bestimmten Spannung mehr oder
weniger gut, dafür wurde der Begriff elektrischer
Widerstand mit der Einheit 1 Ohm eingeführt. Weil der griechische Buchstabe
Omega so ähnlich wie "Ohm" klingt, wurde er als Maßsymbol gewählt. Viele Leute
denken in diesem Zusammenhang an das ohmsche Gesetz. Dieses besagt, dass die
Spannung und die Stromstärke zueinander proportional sind. Vorsicht - es ist
eine besondere Eigenschaft,
wenn der Widerstand eines Bauteils konstant ist. Viele Bauteile sind nicht
ohmsch. Zur Überprüfung eignet sich z.B. ein U-I-Diagramm, das in einem
Stromkreis
mit einem Amperemeter und einem Voltmeter ermittelt wird. Ergibt sich eine
Ursprungsgerade, dann ist I proportional zu U; außerdem ist dann
R konstant. Bei Rechnungen
zu U, I und R muss man aufpassen: Den Widerstand darf man
jederzeit ausrechnen, er muss ja nicht konstant sein. Die Formel R = U
/ I nach U oder I aufzulösen macht dagegen nur Sinn, wenn
R konstant ist.
Für elektrische Anwendungen werden sehr oft Bauteile verwendet, bei denen der
Widerstand nicht konstant ist. In einem Halbleitermaterial z.B. ändert sich der
Widerstand mit der Temperatur,
je höher, desto mehr freie Elektronen werden aus Bindungen "freigeschüttelt".
Dieses Verhalten nützt man für Temperatursensoren, wie sie in elektronischen Thermometern
Verwendung finden. In einem Halbleitermaterial mit einer großen Oberfläche und
geringen Schichtdicke kann der Widerstand durch unterschiedliche Lichtstärke
sehr verändert werden. Jedes einfallende Lichtteilchen mit einer ausreichend
großen Energie kann ein Elektron freisetzen. Diese Bauteile werden als Lichtsensoren
z.B. in Lichtschranken oder automatischen Lichtschaltern benützt.