Was ist der unterschied zwischen gleich und wechselstrom

Der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom liegt in der Richtung, in die der Strom fließt. Was Sie zu den beiden Stromarten noch wissen müssen, lesen Sie in diesem Praxistipp.

Der grobe Unterschied liegt in der Richtung, in die der jeweilige Strom fließt. Während der Wechselstrom, wie der Name schon sagt, die Fließrichtung ändert, bleibt beim Gleichstrom die Richtung dauerhaft gleich.

• Wie oft der Wechselstrom seine Richtung ändert, wird in der Einheit Hertz angegeben. Bei uns in Europa sind 50 Hertz üblich. Das heißt, dass sich der Strom 50-mal in der Sekunde pro Richtung ändert, insgesamt also 100-mal.
• Wechselstrom ist recht leicht zu transformieren. Dies geschieht mithilfe von Transformatoren. Mit diesen lässt sich der Wechselstrom in unterschiedliche Spannungsebenen wandeln.
• Die Transformation des Wechselstroms ist wichtig, denn er fließt in unterschiedlichen Spannungen durch das Land. Die Eisenbahn bekommt zum Beispiel 110 kV Wechselstrom geliefert. Sie verwendet in der Oberleitung jedoch nur 15 kV. Die Spannung ändert sich durch Umformer und Umrichter.
• Wie weiter oben bereits erwähnt, bleibt die Stromrichtung beim Gleichstrom dauerhaft gleich. Diese Stromart wird häufig dafür verwendet, den Strom über eine lange Distanz zu transportieren. Die Verluste bleiben dabei auf Dauer recht gering.
• Haben Sie schon einmal die großen Strommasten gesehen, die sich kilometerweit durch Deutschland ziehen? Diese transportieren den Strom als Gleichstrom. Am Ziel angekommen, wird der Strom dann in extra Anlagen in Wechselstrom konvertiert.

Die Stromrichtung macht den Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom.Bild: Paul Emilio Washington

Den Unterschied zwischen Gleichstrom, Wechselstrom und Mischstrom sehen wir uns in diesem Artikel. Kurzfassung der Inhalte:

• Eine Erklärung, was Gleichstrom, Wechselstrom und Mischstrom sind.
• Einige Beispiele um diese drei Stromarten besser zu verstehen.
• Aufgaben / Übungen damit ihr dieses Thema selbst üben könnt.
• Ein Video, welches dieses Gebiet noch einmal erklärt.
• Ein Frage- und Antwortbereich zu diesem Thema.

Erklärung Stromarten

Was war noch einmal ganz kurz erklärt elektrischer Strom? Nun, unter dem elektrischen Strom versteht man die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern. In der Schule spricht man hier meistens von der Bewegung von Elektronen. In der Elektrotechnik unterscheidet man grundsätzlich drei Arten von Strom: Gleichstrom, Wechselstrom und Mischstrom. Beginnen wir mit dem Gleichstrom.

Gleichstrom:

Unter dem Gleichstrom versteht man einen elektrischen Strom bei dem...

• ... die Ladungsträger sich nur in eine Richtung bewegen.
• ... bei dem dauerhaft die gleiche Menge an Ladungsträgern bewegt wird.

Der Gleichstrom ist damit ein Strom, bei dem Richtung und Stärke dauerhaft gleich sind. Dies kann man sich auch mit einem Wasserbecken vorstellen, in welchem eine Pumpe das Wasser bewegt. Für den Gleichstrom würde diese bedeuten, dass die Pumpe immer die gleiche Menge Wasser in gleicher Richtung pumpt.

Wechselstrom:

Wenn beim Gleichstrom stets die gleiche "Menge" Strom in eine Richtung fließt kann man fast schon vermuten, dass genau dies beim Wechselstrom nicht der Fall ist. Beim Wechselstrom...

• ... ändert sich die Richtung des Stroms immer wieder.
• ... ändert sich die Menge der bewegten Ladung ständig.

Wie stark der Strom ist und wie oft dieser seine Richtung wechselt spielt erst einmal keine Rolle. Wichtig ist zunächst, dass sich die Flussrichtung immer wieder umkehrt. Auch hier wieder das Wasserbecken zur Verdeutlichung. Beim Wechselstrom fließt nun der Strom für eine bestimmte Zeit erst einmal in eine Richtung, zum Beispiel nach rechts.

Im Anschluss dreht sich die Stromrichtung um und die Ladungen fließen in die andere Richtung:

An dem Wasservergleich lässt sich noch etwas verstehen. Wenn die Pumpe die Richtung des Wassers umdrehen soll, dann schafft sie dies nicht auf einen Schlag. Die Pumpe läuft somit in die "andere Richtung" und dann fängt das Wasser erst an langsamer in eine Richtung zu fließen. Irgendwann steht das Wasser kurz still und dann beginnt das Wasser immer schneller in die andere Richtung zu laufen.

So ist dies auch beim Wechselstrom. Die "Strompumpe" braucht eine Weile um die Richtung des Stroms umzudrehen und wieder voll in die andere Richtung laufen zu lassen. In Summe ist es beim Wechselstrom so, dass die Summe der Ströme "rechtsrum" und "linksrum" gleich groß ist.

Mischstrom:

Der Mischstrom ist ein Mix aus Gleichstrom und Wechselstrom. Im Prinzip überlagern sich hier Gleich- und Wechselstromanteile.

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In diesem Abschnitt sollen noch einige Beispiele zu den Stromarten vorgestellt werden.

Beispiel 1:

Erkläre, welche Stromart aus der Steckdose kommt.

Lösung:

Aus den normalen Steckdosen im Haushalt bekommt man 230 V Wechselspannung effektiv. Was dies genau bedeutet, sehen wir uns in späteren Artikeln noch an. Um jedoch die Frage zum Wechselstrom oder Gleichstrom zu beantworten: Sobald ein Verbraucher an die Steckdose angeschlossen wird, fließt elektrischer Wechselstrom.

Wie viel Strom fließt hängt vom Verbraucher ab, der an die Steckdose angeschlossen wird. In vielen Fällen hängen an einer Steckdose natürlich mehrere Verbraucher, in diesem Fall fließt dann meistens mehr Strom. Dies ist jedoch stets Wechselstrom. Wird im Haushalt Gleichstrom benötigt, muss zunächst der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden oder man muss sich einer anderen Energiequelle bedienen (zum Beispiel Batterien) um Gleichstrom zu erhalten.

Beispiel 2:

Welche Stromart kommt aus der Batterie?

Lösung:

Aus einer Batterie kommt Gleichstrom.

Aufgaben / Übungen Stromarten

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Gleichstrom und Wechselstrom bzw. Gleichspannung und Wechselspannung hängen ganz eng zusammen. Wie dies funktioniert und wo die Unterschiede liegen wird dabei in einfachen Worten erklärt.

Nächstes Video »

In diesem Abschnitt geht es noch um typische Fragen mit Antworten zu den Stromarten.

F: Wann wird Gleich- und Wechselstrom in der Schule behandelt?

A: In manchen Fällen wird der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom bereits in der Grundschule behandelt. Noch etwas ausführlicher kommt dies meistens ab der 8. Klasse im Physik-Unterricht vor.

Das Thema kommt bis hinein in die Oberstufe vor. Selbstverständlich gehört dieses Thema auch in die Grundlagen der Elektrotechnik für Ausbildungsberufe und Studium.

Unterschiedliche Stromarten gibt es viele. Aber welcher föhnt letztlich meine Haare trocken? Oder liefert meinem Smartphone den nötigen Saft? Unsere heutige Mission: halbvergessenes Physikwissen abstauben und Licht ins Dunkel bringen.

Gleichstrom

Elektronische Geräte und Geräte, die mit einem Akku betrieben werden, benötigen Gleichstrom. Dazu gehört das Smartphone als treuer Alltagsbegleiter ebenso wie die batteriebetriebene Fernbedienung für den Fernseher. Denn ja, auch Batterien sind letztlich nichts Anderes als einzelne Akkus*. Okay, Mini-Akkus mit einer Spannung von gerade einmal 1-4 Volt, aber mit dem Vorteil: Sie können zusammengeschaltet werden, um größere Spannungen zu erzeugen.

Zurück zum klassischen Akku: Gängige Spannungen für Akkugeräte sind unter anderem 12, 24 oder 36 Volt. Bei Elektroautos sieht‘s hingegen schon wieder ganz anders aus. Hier werden Akkus mit weitaus höheren Spannungen (bis zu 800 Volt!)  eingesetzt.

Aus klassischen Steckdosen kommt Wechselstrom, der seine Richtung (Polung) 50 Mal pro Sekunde wechselt – was dieser Stromart ihren Namen gibt. Der Wechselstrom aus der Steckdose kommt aus dem Niederspannungsnetz und ist bereits auf 400 Volt Dreiphasenwechselstrom runtergeschraubt. Umgangssprachlich wird dieser Strom auch als Drehstrom, Kraftstrom oder Starkstrom bezeichnet. Der Dreiphasen-Wechselstrom kommt über fünf Leitungen zum häuslichen Stromzähler: Drei sogenannte Phasen sowie einen Neutral- und einen Erdleiter. Über vier Leiter (drei Phasen- und einen Nullleiter) kann der Strom fließen, der Erdleiter oder Schutzleiter dient – wie der Name schon sagt – zu unserem Schutz und sorgt dafür, dass wir keinen Stromschlag abbekommen. 

• 230 Volt – die klassische Steckdose
  Eine normale 230-Volt-Haushaltssteckdose hat nur drei Kontakte: Eine Phase sowie einen Null- und einen Erdleiter. Die meisten Hausgeräte werden über diese Art von Steckdosen gespeist. Der Strom fließt nur durch zwei Leitungen: Phase und Null, der Erdleiter dient wieder wozu? Genau, zu unserem Schutz. An der Haushalts-Steckdose sind die beiden Löcher Phase und Null, die sichtbaren und berührbaren Metallteile an der Seite sind der Schutzleiter (oder Erdleiter)
• 400 Volt – Wenn es etwas mehr sein muss
  Geräte wie der Elektroherd brauchen eine höhere Leistung – sie werden deshalb direkt an den Dreiphasen-Wechselstrom angeschlossen. Beim Dreiphasen-Wechselstrom beträgt die Spannung zwischen den Phasen (also zwischen jeweils zwei Phasen) 400 Volt. Die Spannung der einzelnen Phasen zum Nullleiter beträgt 230 Volt. Da die Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist – willkommen zurück im Physikunterricht – entsprechend der Formel P = U x I , schließt man einen modernen Herd zwischen den Phasen an (400 Volt) und erhält so bei gleichem Strom mehr Leistung, als aus einer 230 Volt Steckdose.

Achso. Da war ja was. Zurück zur Eingangsfrage: Dein Föhn benötigt Wechselstrom und nimmt den Saft direkt und unverändert aus der Steckdose. Dein Smartphone und alles andere, was mit Akku ausgestattet ist, benötigt Gleichstrom. Wie’s funktioniert, dass beide Geräte über dieselbe Steckdose mit Strom versorgt werden und funktionieren? Integrierte Gleichrichter in den Netzteilen machen aus Wechselspannung Gleichspannung. Deshalb benötigst du Zuhause auch keine unterschiedlichen Steckdosen.

Zugegeben, um die Frage beantwortet zu haben, hättest du auch direkt zum letzten Abschnitt springen können. Aber hey, dann hättest du dein ganz persönliches Physikunterricht-Flashback (jay!) verpasst. Also – gern geschehen.

* Akkus können nach Benutzung wieder aufgeladen werden, Batterien sind nicht aufladbar.