Der elektrische Strom, oft auch nur Strom, ist eine physikalische Erscheinung aus dem Gebiet der Elektrizitätslehre. In der alltäglichen Bedeutung des Begriffs ist damit der Transport von elektrischen Ladungsträgern gemeint, also beispielsweise von Elektronen in Leitern oder Halbleitern oder von Ionen in Elektrolyten. Diese Form des Stroms bezeichnet man auch als Konvektionsstrom. Er macht sich, wie vom ampereschen Gesetz beschrieben, durch ein magnetisches Feld bemerkbar und führt meist zu einer Erwärmung des Leiters. In einem geschlossenen elektrischen Stromkreis fließt dauerhaft ein Strom, solange zwischen den Anschlüssen der Quelle eine leitende Verbindung besteht. Kurzzeitig fließt nach Anschluss eines Leiters an eine Spannungsquelle auch in einem offenen Stromkreis ein Strom, der den Leiter belädt oder entlädt, bis er auf dem von der Spannungsquelle vorgegebenen Potential ist.

Darüber hinaus zählt man zum elektrischen Strom den Verschiebungsstrom. Dieser entsteht nicht durch Bewegung von Ladungen, sondern wenn ein elektrisches Feld sich zeitlich ändert. Er tritt z. B. zwischen den Platten eines Kondensators beim Be- oder Entladen auf und erzeugt ebenso wie der Konvektionsstrom ein Magnetfeld.

Die physikalische Größe, die den elektrischen Strom bemisst, ist die elektrische Stromstärke. Ihr genormtes FormelzeichenDIN EN 80000-6 / IEC 80000-6:2008 ist das und ihre gesetzliche Einheit das Ampere.

Geschichte Bereits Thales von Milet soll im 6. Jahrhundert v. Chr. entdeckt haben, dass Bernstein leichte Körper anzieht, wenn er vorher mit Tüchern gerieben wird. Eine Erklärung dafür konnte er zwar nicht finden, das Wort Elektrizität (vom griechischen „elektron“ für „Bernstein“) weist aber immer noch auf diese antike Entdeckung zurück.

Die technische Nutzung des elektrischen Stromes begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Telegrafie und der Galvanik. Für beide Anwendungen reichte zunächst die Leistung von Batterien aus. Um 1866 fand Werner von Siemens das dynamoelektrische Prinzip und nutzte es bei der Entwicklung des ersten elektrischen Generators, den er als Zündmaschine für die Zündung von Sprengladungen vermarkten konnte. Ab 1880 entwickelten sich diese Generatoren immer mehr zu Großmaschinen, um den Strombedarf der immer größer werdenden Stromnetze befriedigen zu können. In erster Linie dienten diese Netze zur Bereitstellung von elektrischem Strom für die Beleuchtung mit Bogen- und Glühlampen in der Öffentlichkeit und den ersten Privathaushalten. Eine weitere Anwendung des elektrischen Stromes bestand in seinem Einsatz in Leuchttürmen, da die Bogenlampe eine wesentlich höhere Lichtstärke besitzt als die zuvor verwendeten Kerzen oder Petroleumlampen. Infolgedessen entstanden die ersten Kraftwerke, die zunächst noch mit einfachen Wasserturbinen und Dampfmaschinen angetrieben wurden. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts stehen leistungsfähige Dampfturbinen zur Verfügung, die bis in die Gegenwart als Kraftmaschinen bei der Stromerzeugung dominieren.

In den letzten Jahren des 19. Jahrhunderts fiel nach dem sogenannten Stromkrieg die Entscheidung zwischen Gleichstrom- und Wechselstromsystem zugunsten des Wechselstroms.

Formelzeichen Das übliche Formelzeichen für Strom ist , was vom französischen Ausdruck „intensité du courant“ („Stromstärke“) stammt.T. L. Lowe, John Rounce: Calculations for A-level Physics, S. 2, Nelson Thornes, 2002, ISBN 0-7487-6748-7Howard M. Berlin, Frank C. Getz: Principles of Electronic Instrumentation and Measurement, S. 37, Merrill Pub. Co., 1988, ISBN 0-675-20449-6. Das Symbol wurde bereits von André-Marie Ampère, nach dem die Einheit der elektrischen Stromstärke benannt ist, bei der Formulierung des Ampèreschen Gesetzes (1820) verwendet.André-Marie Ampère: Recueil d'Observations Électro-dynamiques, S. 56, Chez Crochard Libraire, Paris 1822 (auf Französisch).

Physikalische Zusammenhänge Für quantitative Angaben zum elektrischen Strom verwendet man die physikalische Größe Stromstärke.

Entstehung des Stromes Elektrischer Strom kann auf verschiedene Arten entstehen: Redoxreaktionen in Batterien, Coulombkräfte in elektrischen Feldern, z. B. in Kondensatoren, Lorentzkräfte in magnetischen Feldern, z. B. in Generatoren (zur Bereitstellung von 'Strom', womit hier die Versorgung mit elektrischer Energie gemeint ist), Mitführung von Ladungsträgern durch eine Strömung (Konvektion), z. B. bei Influenzmaschinen oder in Gewitterwolken (siehe Blitz), Diffusion von Ladungsträgern bei Unterschieden in deren Konzentration, z. B. an Grenzschichten von Halbleitern, auch ohne das Vorhandensein von Feldern, als Diffusionsstrom bezeichnet. Änderung des Verschiebungsflusses bzw. der Feldenergie in Nichtleitern und den daraus resultierenden Verschiebungsstrom.

Zusammenhang mit der elektrischen Spannung Wenn – beispielsweise zwischen den Polen einer Batterie – eine Potentialdifferenz besteht, wird von einer elektrischen Spannung gesprochen. Aufgrund des dann bestehenden elektrischen Feldes wird eine Kraft auf die Ladungsträger ausgeübt; sie erfahren dadurch eine Beschleunigung, wenn sie beweglich sind. Das geschieht beispielsweise, wenn eine Glühlampe über Metalldrähte an die Pole angeschlossen ist. Die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger bei dieser gerichteten Bewegung entsteht im Wechselspiel mit Streuprozessen. Die Stromdichte lässt sich berechnen durch Multiplikation der Driftgeschwindigkeit mit der Raumladungsdichte. mini|Stromkreis mit Spannungsquelle: Stromstärke

Der Driftstrom wächst trotz der Beschleunigung nicht beliebig an; bei einer gegebenen Spannung  stellt sich eine begrenzte Stromstärke  ein. Diese Beobachtung wird mit einem elektrischen Widerstand  erklärt. Definiert wird er durch das Verhältnis . In vielen Leitermaterialien ist die Stromstärke bei konstanter Temperatur proportional zur Spannung. In diesem Fall wird der Zusammenhang als ohmsches Gesetz bezeichnet, bei dem der Proportionalitätsfaktor  von der Spannung und Stromstärke unabhängig ist.

In einem Stromkreis mit einer idealen Spannungsquelle bestimmen deren elektrische Spannung und der Widerstand die konkrete Stromstärke. Hingegen baut bei Verwendung einer idealen Stromquelle deren Stromstärke am Widerstand die konkrete Spannung auf. In der Praxis kommen allerdings Spannungsquellen viel häufiger als Stromquellen vor, wie beispielsweise in Stromversorgungen, weshalb sich der konkrete Wert der elektrischen Stromstärke nach dem Verbraucher (genauer: dessen Widerstand) richtet.

Stromleitung in Metallen In Metallen sind ein Teil der Elektronen, die sogenannten Leitungselektronen, nicht jeweils an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern „gehören“ allen Atomen gemeinsam, siehe metallische Bindung. Nach dem Drude-Modell ist die Leitfähigkeit von Metallen proportional zur Dichte der Leitungselektronen und ihrer Beweglichkeit. Realistischer ist das Bändermodell.

Ionenleiter Der Stromtransport ist bei einem Ionenleiter an einen stofflichen Transport von beweglichen, elektrisch positiv oder negativ geladenen Atomen oder Molekülen (also Ionen) gebunden. Das unterscheidet diese Leiter von Leitern 1. Klasse wie den Metallen, in denen die Elektronen den elektrischen Strom tragen. Als Ionenleiter kommen vor allem ionisierte Gase und elektrisch leitfähige Flüssigkeiten in Frage. Man nennt diese Ionenleiter Elektrolyte oder Plasma. Auch Festkörper können Ionenleiter sein, siehe Festelektrolyt.

Bei Ionenleitern kommt es bei Gleichstrom im Gegensatz zu Metallen im Regelfall zu einer stofflichen Veränderung des elektrischen Leiters. Dieser Effekt wird bei der Elektrolyse ausgenutzt. Solche chemischen Vorgänge können die Beschaffenheit des Leiters so verändern, dass sich die elektrolytische Leitfähigkeit allmählich ändert. Ist ein solcher Materialtransport (beispielsweise bei einer Gasentladung) unerwünscht, kann er durch Wechselstrom weitgehend unterbunden werden.

Wirkungen des Stromes Das Auftreten eines elektrischen Stromes äußert sich durch folgende Wirkungen:Rudolph Hopp: Grundlagen der Chemischen Technologie: für Praxis und Berufsbildung. Wiley–VCH, 4. Aufl., 2001, S. 708. Wärmewirkung (siehe beispielsweise Stromwärmegesetz) magnetische Wirkung (siehe beispielsweise Elektromagnetismus),einschließlich Kraftwirkung in eigenem oder äußerem Magnetfeld (siehe beispielsweise Elektromagnet, Elektromotor, Elektronenstrahl) chemische Wirkung (siehe beispielsweise Elektrochemie),einschließlich elektrochemische Wirkung in lebenden Organismen (siehe beispielsweise Elektrophysiologie) Lichtwirkung (siehe beispielsweise Leuchtdiode, Leuchtstofflampe, Lichtbogen)

Flächenleistungsdichte mini|Poynting-Vektor um einen stromdurchflossenen Draht. Der Poynting-Vektor zeigt auf den Draht, was zeigt, dass Energie aus den Feldern in den Draht fließt (und dort als Wärme dissipiert). Die lokale Flächenleistungsdichte in einem elektrischen Stromkreis wird durch das Feld der Poynting-Vektoren beschriebenGalili, Igal, and Elisabetta Goihbarg. "Energy transfer in electrical circuits: A qualitative account." American journal of physics 73.2 (2005): 141-144 PDF online, inklusive Illustrationen. Die Betrachtung des Poynting-Vektors führt letztendlich auf die vom Ohmschen Gesetz bekannte Verlustleistung am inneren Widerstand des Leiters und eröffnet, dass die elektrischen und magnetischen Felder für den Transport der Energie verantwortlich sind (und nicht alleinig der Transport geladener Teilchen im elektrischen Strom).

Technische Stromarten Gleichstrom

Als Gleichstrom (, abgekürzt DC) wird jener elektrische Strom bezeichnet, der über die Zeit seine Richtung und Stärke nicht ändert, also zeitlich konstant ist.

Praktisch alle elektronischen Geräte im Haushalt wie Radio- und Fernsehempfänger, Computer oder auch die Steuerungen heutiger Waschmaschinen benötigen für ihre Stromversorgung Gleichstrom. Aber auch in der Energietechnik werden Gleichströme eingesetzt, beispielsweise in der Schmelzflusselektrolyse zur Aluminiumgewinnung, für gut drehzahlregelbare Gleichstrommotoren (inzwischen zunehmend durch Stromrichter und Asynchronmotoren ersetzt), als Zwischenkreis in Stromrichtern, in Sendeanlagen und in Kraftfahrzeug-Bordnetzen.

Gleichstrom kann durch Gleichrichter aus Wechselstrom gewonnen werden. Diese werden daher überall dort eingesetzt, wo Gleichstrom benötigt wird, aber nur der Wechselstrom des öffentlichen Stromnetzes zur Verfügung steht. Seltener, weil erheblich teurer, verwendet man auch direkte Gleichstromquellen, wie z. B. galvanische Zellen und photovoltaische Zellen. Kuriose Sonderfälle ohne technische Bedeutung sind elektrische Maschinen, die direkt ohne Gleichrichter mittels der Unipolarinduktion Gleichstrom herstellen können.

Wechselstrom

Bei Wechselstrom (, abgekürzt AC) kommt es zu einer periodischen Änderung der Stromrichtung. Jede Periode besteht aus aufeinanderfolgenden Zeitspannen mit positiven und negativen Augenblickswerten, die sich zu einer mittleren Stromstärke null ergänzen. Ausschlaggebend für den Erfolg des Wechselstroms zum Energietransport war, dass die Spannung mit Hilfe von Transformatoren sehr einfach geändert werden kann. Alle öffentlichen Stromversorgungsnetze werden mit Wechselspannung betrieben,– in Europa und vielen weiteren Ländern mit der Netzfrequenz 50 Hz, in anderen Teilen der Welt 60 Hz, siehe Länderübersicht Steckertypen, Netzspannungen und -frequenzen.

Eine besondere Form von Wechselstrom ist der Dreiphasenwechselstrom (umgangssprachlich Stark-, Dreh- oder Kraftstrom), wie er in öffentlichen Stromnetzen zur elektrischen Energieverteilung großer Leistungen Verwendung findet. Diese Stromart ermöglicht besonders einfach gebaute und robuste Elektromotoren.

Weitere Beispiele für Wechselstrom Fahrradlichtmaschine (einige 100 Hz) Audiosignale (20 … 20.000 Hz) Antennenkabel (MHz bis GHz)

Mischstrom