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	Draht- bzw. Leiterquerschnitt in mm²
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

Formel zur Berechnung der Stromdichte J
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

Formel zur Berechnung der Stromdichte J
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.