Elektronik-Grundlagen: Spannung, Strom, Widerstand und das Ohmsche Gesetz

Kurz: Spannung (V) treibt Strom (A) durch einen Widerstand (Ω); das Ohmsche Gesetz U = R · I und die Leistung P = U · I erklären die meisten Schaltungen.

Genauer: Wer Hardware bastelt, repariert oder Netzteile auswählt, braucht drei Größen. Ein Wasserbild hilft: Spannung = Druck, Strom = Wassermenge pro Sekunde, Widerstand = Enge des Rohres.

Im Detail

Die Größen

• Spannung U in Volt (V): Potenzialunterschied; Batterie AA 1,5 V, USB 5 V (mehr mit PD), Steckdose 230 V.
• Strom I in Ampere (A): fließende Ladung; mA = Tausendstel.
• Widerstand R in Ohm (Ω): hemmt den Strom.
• Leistung P in Watt (W): P = U · I; Energie in Wattstunden (Wh) oder kWh.
• Gleichstrom (DC) (Akku, USB) vs. Wechselstrom (AC) (Steckdose 50 Hz).

Ohmsches Gesetz

U = R · I → I = U / R, R = U / I. Beispiel LED: Versorgung 5 V, LED rot (≈ 2 V Spannungsabfall, 10 mA gewünscht): Vorwiderstand R = (5 V − 2 V) / 0,010 A = 300 Ω → nimm 330 Ω. Leistung im Widerstand: P = U·I = 3 V · 0,01 A = 0,03 W (1/4-W-Widerstand reicht). Ohne Vorwiderstand brennt die LED durch, sie ist keine Glühlampe, sondern stromgesteuert.

Reihen- und Parallelschaltung

• Reihe: gleicher Strom, Spannungen addieren sich, Widerstände addieren (R = R1 + R2).
• Parallel: gleiche Spannung, Ströme addieren sich, Kehrwerte addieren (1/R = 1/R1 + 1/R2; zwei gleiche → halber Wert).
• Spannungsteiler: Uout = Uin · R2/(R1+R2), nutzt man für Sensoren (Fotowiderstand, Potentiometer) und Pegelanpassung.
• Kirchhoff: Knotenregel (Summe der Ströme = 0) und Maschenregel (Summe der Spannungen = 0).

Sicherheit und Alltag

• Netzspannung (230 V) ist lebensgefährlich; Schaltungen und Experimente nur mit Kleinspannung (Batterie, USB, Netzteil mit Schutzkleinspannung). Nie an Geräten mit Netzanschluss arbeiten, ohne Fachwissen (Netzteile, Röhrenfernseher, Kondensatoren speichern Ladung!).
• Kurzschluss erzeugt hohe Ströme, Hitze, Brandgefahr; Akkus (LiPo) besonders vorsichtig.
• Netzteil-Beispiel: 12 V und 2 A → 24 W; ein Gerät, das 12 V / 1,5 A braucht, läuft daran; Polarität und Spannung müssen stimmen, Strom (A) darf höher sein, nicht niedriger.
• Stromkosten: 100 W · 10 h = 1 kWh ≈ 30 bis 40 ct.
• Üben mit Simulatoren (Falstad, Tinkercad Circuits, LTspice).

Siehe auch: Netzteile, Arduino und Mikrocontroller