Stromdichte J
Die Stromdichte gibt an, wie viele Ladungsträger in einer Sekunde durch einen Leiter mit einem bestimmten Leiterquerschnitt durchfließen.
Schaltet man drei unterschiedlich dicke Leiter in Reihe, dann fließt in allen der gleiche Strom (Prinzip der Reihenschaltung von Widerständen). Obwohl in den drei Leiter der gleiche Strom fließt, erwärmt sich der Leiter mit dem kleinsten Querschnitt am stärksten.
Da in dem dünnen Leiter weniger Elektronen für den Ladungstransport zur Verfügung stehen, müssen sich die Elektronen dort schneller fortbewegen. Eine schnelle Bewegung führt zu heftigeren Zusammenstößen und Reibung zwischen den Elektronen und Atomen. Die Zusammenstöße setzen Wärmeenergie frei. Die Erwärmung der Leiter steigt. Das bedeutet, dass sich der dünne Leiter stärker erwärmt.
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Draht- bzw. Leiterquerschnitt in mm² |
|---|---|---|---|
| dünn | normal | dick | |
| 1 A | 1 A | 1 A | Stromstärke |
| 0,25 A/mm² | 0,0625 A/mm² | 0,03125 A/mm² | Stromdichte |
| hoch | mittel | niedrig | Erwärmung |
Die Erwärmung eines Leiters ist von der Stromstärke und vom Leiterquerschnitt abhängig. Aus beiden Faktoren wird die Stromdichte bestimmt. Je größer der Strom und je geringer der Leiterquerschnitt ist, umso stärker ist die Erwärmung. Die Erwärmung geht soweit, dass der Leiter glüht oder sogar brennt.
Formelzeichen
Das Formelzeichen der Stromdichte ist das große J.
Maßeinheit
Die Stromdichte setzt sich aus Strom I in Ampere (A) und dem Leiterquerschnitt A in Quadratmeter (m2) zusammen. Daher ist die Maßeinheit der Stromdichte A/m2. Häufig findet man A/mm2.
Formel zur Berechnung
Alte Formeln zur Berechnung
Auszug aus der VDE 0100-Vorschrift
Bei der Bemessung von metallischen Leitern muss die Stromdichte als Konstruktionsgröße wegen der zulässigen Erwärmung beachtet werden.
Der Leiterquerschnitt von Elektroleitungen wird nach dem maximal durchfließenden Strom bestimmt. In der Praxis werden grobe Eckwerte bei der Auswahl der Elektroleitung und deren Querschnitt verwendet. Trotzdem gehört zu der Planung einer Elektroinstallation die Berücksichtigung der VDE 0100-Vorschrift.
Wichtig ist: Der gewählte Leiterquerschnitt (Aderquerschnitt) sollte immer größer sein, als der berechnete Leiterquerschnitt. 1,5 mm² gilt als Standard in Stromkreisen, die mit einer 16-Ampere-Sicherung abgesichert sind.
| Leiterquerschnitt | maximal zulässiger Strom |
|---|---|
| 0,75 mm2 | 13 A |
| 1,0 mm2 | 16 A |
| 1,5 mm2 | 20 A |
| 2,5 mm2 | 27 A |
| 4,0 mm2 | 36 A |
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