Stromdichte J
Die Stromdichte gibt an, wie viele Ladungsträger in einer Sekunde durch einen Leiter mit einem bestimmten Leiterquerschnitt hindurchfließen.
Schaltet man drei unterschiedlich dicke, elektrische Leiter in Reihe, dann fließt in allen der gleiche Strom (Prinzip der Reihenschaltung von Widerständen). Obwohl in den drei Leitern der gleiche Strom fließt, erwärmt sich der Leiter mit dem kleinsten Querschnitt am stärksten. Es stehen weniger freie Ladungsträger (Elektronen) für den gleichen Strom zur Verfügung. Die Elektronen müssen sich schneller bewegen. Eine schnelle Bewegung führt zu heftigeren Zusammenstößen und Reibung zwischen den Elektronen und Atomen. Die Zusammenstöße setzen Wärmeenergie frei. Die Erwärmung des Leiters steigt. Das bedeutet, dass sich der dünne Leiter stärker erwärmt.
 |
 |
 |
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 |
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
Die Erwärmung eines Leiters ist von der Stromstärke I und vom Leiterquerschnitt A 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.
Alte Formeln zur Berechnung
Häufig findet man in älteren Unterlagen andere Formelzeichen für Stromdichte und Leiterquerschnitt.
Auszug aus der VDE 0100-Vorschrift
Bei der Bemessung von metallischen Leitern muss die Stromdichte als Konstruktionsgröße wegen der maximal zulässigen Erwärmung beachtet werden. Der Leiterquerschnitt von Elektroleitungen wird nach dem maximal durchfließenden Strom und der Leitungslänge bestimmt.
Die VDE- bzw. IEC-Norm regelt die Stromdichte sehr genau und je nach Einsatzbereichen unterschiedlich. In der Belastbarkeit unterscheidet man z. B. zwischen Kleinspannungen und Spannungen bis 1kV. Aber auch zwischen Steuerungsbau und Installation. Ebenso zwischen Verlegungsarten wie z. B. Untererdig, Unterputz und durch die Luft.
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.
| 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 |
Hinweis: 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.
Weitere verwandte Themen:
Teilen:
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.
Elektronik-Set Starter Edition
Elektronik erleben mit dem Elektronik-Set Starter Edition
Perfekt für Einsteiger und Wiedereinsteiger
- Elektronik-Einstieg ohne Vorkenntnisse
- Schnelles Verständnis für Bauteile und Schaltsymbole
- Ohne Lötkolben experimentieren: Bauteile einfach stecken
Keine Lust alleine zu experimentieren?
Dann buche einen Online-Workshop Elektronik Starter zum Elektronik-Set dazu. Unsere Online-Workshops sind praxisorientiert und bietet eine grundlegende und fundierte Einarbeitung in die Elektronik.
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.