Elektrische Stromrichtung
Die elektrische Stromrichtung beschreibt die Richtung des elektrischen Stromes.
Definition
In Physik und Technik versteht man unter der Richtung des elektrischen Stroms (kurz: Stromrichtung) die Bewegungsrichtung (gedachter) positiver Ladungsträger: Außerhalb von Spannungsquellen fließen sie (und damit der Strom) folglich – der Feldlinienrichtung des elektrischen Feldes folgend – vom Pluspol zum Minuspol, innerhalb der Spannungsquellen dagegen, um den Stromkreis zu schließen, anschließend weiter vom Minus- zum Pluspol usw. Dies gilt unabhängig von der Art der Ladungsträger als logische Konsequenz aus der Kontinuitätsgleichung.
Elektrischer Strom vs. Elektronenstrom vs. Ionenstrom
Mit roten Pfeilen ist die Richtung des elektrischen Stroms (= „technische Stromrichtung“) eingetragen. Grüne Pfeile markieren die Strömungsrichtung der negativ geladenen Ladungsträger, im Metalldraht sind dies Elektronen.
Speziell in der Elektrotechnik und deren Umgangssprache tauchen bisweilen die scheinbar miteinander konkurrierenden Begriffe der sogenannten „technischen“ und „physikalischen“ Stromrichtung auf – tatsächlich aber ist diese in der Physik und Elektrotechnik genau gleich definiert, nämlich im Sinne der umgangssprachlichen „technischen Stromrichtung“.
Der Begriff dieser „technischen Stromrichtung“ ist dabei in erster Linie historisch bedingt – er geht von einem Strom positiv angenommener Ladungen aus, die sich - der Feldlinienrichtung des elektrischen Feldes folgend - vom positiven zum negativen Spannungspol bewegen. Dass es dagegen in Wirklichkeit die negativ geladenen Elektronen sind, die in metallischen Leitern als Ladungsträger den Stromfluss bewirken und dabei genau umgekehrt vom negativen zum positiven Pol fließen, war zur Zeit dieser Begriffsbildung noch unbekannt [1], und so wurde die Definition der technischen Stromrichtung auch nach der Entdeckung der Elektronen fast ein Jahrhundert später als einheitliche Konvention beibehalten.
Der Begriff der „physikalischen Stromrichtung“ dagegen bezeichnet für gewöhnlich die Strömungsrichtung von Elektronen in Metallen, die per Konvention eine negative Ladung besitzen, so dass der Elektronenstrom („physikalische Stromrichtung“), wie in der nebenstehenden Abbildung verdeutlicht, dem elektrischen Strom („technische Stromrichtung“) entgegengerichtet ist.
Da es jedoch neben den Elektronen eine ganze Reihe weiterer Ladungsträger gibt, die ggf. zum Ladungstransport und damit Stromfluss beitragen – in Halbleitern oder bei der Elektrolyse mindestens zwei, in Gasentladungen sogar drei –, ist der Begriff der „physikalischen Stromrichtung“ letztlich mehrdeutig und nur mit (besonderer) Rücksicht auf die wirklichen Ladungsträger zu verwenden. Es ist also besser, von vornherein von der Bewegungsrichtung der jeweiligen Ladungsträger zu sprechen, d.h. der „Elektronenstromrichtung“ oder der Bewegungsrichtung negativer oder positiver Ionen, Defektelektronen usw.
Für die „technische Stromrichtung“ dagegen findet sich in letzter Zeit, namentlich in englischsprachigen Quellen, zunehmend die etwas neutraler formulierte Alternativbezeichnung „konventionelle Stromrichtung“ (englisch conventional current direction).
Darstellung der Stromflussrichtung senkrecht zur Zeichenebene
Um Richtungen quer zur Zeichenebene darzustellen, werden bei der elektrischen Stromrichtung die Symbole ⊙ (aus der Ebene heraus zum Betrachter) und ⊗ (vom Betrachter in die Ebene hinein) verwendet. Als Eselsbrücke zum Behalten dieser Symbole kann man sich einen Pfeil vorstellen: Wenn der Pfeil auf den Beobachter zufliegt, ist nur der Punkt der Spitze zu sehen. Fliegt der Pfeil von dem Beobachter weg, so sind Federn am Ende des Pfeils als Kreuz zu sehen.
Siehe auch
Weblinks
- Stromrichtung und Vorzeichen der Stromstärke (PDF) (312 kB)
- Die konventionelle Stromrichtung (PDF) (43 kB)
Einzelnachweise
- ↑ Karl Küpfmüller: Theoretische Elektrotechnik und Elektronik. 14. Auflage, Springer Verlag 1993, ISBN 3-540-56500-0.