Analogiemodell zur Erklärung des einfachen Stromkreises

Um Begriffe wie elektrische Spannung, elektrischen Strom und die Stromstärke zu verstehen, kann man sich ein analoges Modell mit Wasser vorstellen: Zwei gleich große, identische Gefäße sind mit Wasser gefüllt, eines aber mit mehr Wasser als das andere. Beide Gefäße sind am Boden mit einem Schlauch verbunden, der durch einen Absperrhahn verschlossen ist. Öffnet man den Hahn, fließt Wasser von dem höher gefüllten Gefäß so lange in das andere Gefäß, bis beide gleich hoch gefüllt sind. Der Grund ist, dass am Boden der Gefäße jeweils ein bestimmter Druck herrscht, der von der Höhe des Wasserstandes abhängt. Es fließt so lange Wasser von einem Gefäß in das andere, bis die Drücke ausgeglichen sind. Bringt man neben dem Absperrhahn einen kleinen Wasserzähler an, wird das Rädchen im Wasserzähler so lange gedreht, wie Wasser durch den Schlauch fließt. Das Wasser leistet Arbeit.

Analog kann man sich den elektrischen Stromfluss in einer Batterie vorstellen. Ist die Batterie aufgeladen, ist ein Überschuss an Elektronen in der positiv geladenen Elektrode, der Kathode, vorhanden. Das elektrische Potential ist größer als das in der zweiten Elektrode, der Anode – entsprechend dem höheren Druck in dem höher gefüllten Wassergefäß. Diesen Potentialunterscheid bezeichnet man als Spannung. Schließt man einen Stromabnehmer – etwa eine Lampe – an die beiden Elektroden an, fließen so lange Elektronen (= elektrischer Strom) durch den Abnehmer in die Anode bis kein Unterschied zwischen den Potentialen in den Elektroden mehr besteht – analog dem Wasser, das durch den Verbindungsschlauch fließt. So lange leuchtet die Lampe, die Elektronen – also der elektrische Strom – leisten elektrische Arbeit. Die Fließgeschwindigkeit der Elektronen von der Kathode zur Anode – vergleichbar mit der Fließgeschwindigkeit des Wassers von Gefäß zu Gefäß – entspricht der elektrischen Stromstärke.

In sekundären Batterien lässt sich dieser Entlade-Prozess umkehren, die Batterien lassen sich wieder aufladen. Dazu muss man Energie aufwenden. Beim Wassermodell ließe sich das Wasser mit einem Kolben (also mit mechanischer Arbeit) von einem Gefäß in das andere drücken. Sekundäre Batterien lassen sich mit elektrischem Strom aufladen, der in umgekehrter Richtung fließt, als wenn sich die Batterie entlädt. Dabei werden die Elektronen wieder von der Anode zu Kathode „gepumpt“.

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