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Gleichstrom

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Einleitung

Ein Smartphone, eine Taschenlampe und ein Solarmodul haben etwas gemeinsam: In ihren elektrischen Schaltungen spielt Gleichstrom (englisch direct current, DC) eine wichtige Rolle. Du lernst, wie Ladungen in eine Richtung fließen, wie ein Stromkreis aufgebaut ist und wie du Spannung, Stromstärke, Widerstand und Leistung unterscheidest. Mit einfachen Rechnungen und einer sicheren Simulation kannst du das Gelernte anwenden.

Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler der Klassen 8–10 sowie Einsteigerinnen und Einsteiger in die Elektrotechnik. Lernziele: Stromrichtung erklären, Schaltpläne lesen, einfache Gleichstromkreise berechnen, Messungen planen und Sicherheitsregeln begründen.

Kennzeichen für Gleichspannung bzw. Gleichstrom an vielen Geräten: durchgezogene Linie über einer gestrichelten Linie.

Audio: So wird das Fachwort „Gleichstrom“ ausgesprochen (Wikimedia Commons).

Strom und geschlossener Stromkreis

Was bedeutet Gleichstrom?

Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung elektrischer Ladung. Gleichstrom hat in seiner idealen Form eine zeitlich unveränderliche Stromstärke und Richtung. Im Alltag zählt man häufig auch pulsierenden Gleichstrom dazu: Seine Stärke schwankt, die Richtung kehrt sich aber nicht um. Wechselstrom dagegen ändert periodisch die Stromrichtung. Daher gilt: Gleichstrom bedeutet nicht automatisch eine stets gleich große Stromstärke.

Eine Batterie oder ein Akku liefert gewöhnlich eine feste Polarität; auch Solarzellen sind Gleichspannungsquellen. Ob tatsächlich Strom fließt und wie groß er ist, hängt vom angeschlossenen Stromkreis ab.

Vergleich der Stromarten in einem Zeitdiagramm; die Darstellung enthält englische Bezeichnungen.

Video: „Gleichstrom vs. Wechselstrom“ (StudioEinfach, 2025; externes, urheberrechtlich geschütztes YouTube-Angebot).

Woraus besteht ein einfacher Stromkreis?

Ein funktionsfähiger einfacher Stromkreis besitzt eine Spannungsquelle, leitende Verbindungen und einen Verbraucher, beispielsweise eine Lampe. Ein Schalter kann den Weg unterbrechen. Nur bei geschlossenem Stromkreis kann ein anhaltender Strom fließen. In der Spannungsquelle wird Energie bereitgestellt; sie wird am Verbraucher beispielsweise in Licht und Wärme umgewandelt. Ladung wird dabei nicht „verbraucht“.

Schema: Batterie, Schalter und Lampe. Vergleiche die Schalterstellung mit der Bedingung für einen geschlossenen Kreis.

Zwei Richtungen, keine widersprüchliche Physik

Die technische Stromrichtung ist definitionsgemäß die Bewegungsrichtung positiver Ladung: außerhalb einer üblichen Gleichspannungsquelle vom Pluspol zum Minuspol. In Metallen bewegen sich die negativ geladenen Elektronen im Mittel entgegengesetzt. In anderen Stoffen können positive und negative Ladungsträger beitragen. Die Stromstärke beschreibt den Ladungsdurchsatz: I = Q / t für einen konstanten Strom beziehungsweise den mittleren Strom in einem Zeitintervall. Ein Ampere entspricht einem Coulomb pro Sekunde.

Animation der Bewegungsrichtung positiver und negativer Ladungen. Achte auf die Vorzeichen der Ladungsträger.

Grundgrößen und Ohmsches Gesetz

Vier Größen unterscheiden

Größe	Formelzeichen	Einheit	Bedeutung
Spannung	U	Volt (V)	Energieübertragung je Ladung zwischen zwei Punkten
Stromstärke	I	Ampere (A)	Ladung pro Zeit durch einen Querschnitt
Widerstand	R	Ohm (Ω)	Verhältnis von Spannung und Stromstärke am Bauteil
Leistung	P	Watt (W)	Umgesetzte Energie pro Zeit

Merke: Spannung liegt zwischen zwei Punkten an; Stromstärke fließt durch ein Bauteil. Das vermeidet viele typische Verständnisfehler.

Rechnen mit einem ohmschen Widerstand

Für einen ohmschen Widerstand bei näherungsweise konstanter Temperatur gilt das Ohmsche Gesetz U = R · I. Du kannst es nach I = U / R oder R = U / I umstellen. Beispiel: An einem Widerstand von 300 Ω liegen 6 V an. Dann beträgt die Stromstärke 6 V / 300 Ω = 0,02 A = 20 mA. Die Leistung ist P = U · I = 0,12 W. Nicht jedes Bauteil ist ohmsch: Eine LED benötigt beispielsweise eine andere Kennlinienbetrachtung.

Schaltschema mit Spannungsquelle, Widerstand, Stromstärke und Spannung.

Video: „Ohmsches Gesetz“ (Studytiger, 2022; Originalvideo auf YouTube).

Energie und Wirkungsgrad

Elektrische Leistung lässt sich bei Gleichstrom unter passenden Bedingungen mit P = U · I berechnen. Für eine zeitlich konstante Leistung ist die umgesetzte Energie E = P · t. Beispiel: Eine LED-Leuchte nimmt 3 W auf und läuft vier Stunden. Sie benötigt 12 Wh elektrische Energie. Auch Gleichstromgeräte geben einen Teil davon als unerwünschte Wärme ab. Bei der Auswahl eines Geräts zählt deshalb nicht nur die Spannung, sondern auch Energiebedarf und Wirkungsgrad.

Schaltungen und Messungen

Reihe und parallel vergleichen

In einer Reihenschaltung durchfließt derselbe Strom alle Bauteile; die Teilspannungen addieren sich. Bei ohmschen Widerständen gilt Rges = R1 + R2. Zwei Widerstände mit je 100 Ω ergeben 200 Ω. In einer Parallelschaltung liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung; die Zweigströme addieren sich. Für zwei Widerstände gilt 1/Rges = 1/R1 + 1/R2. Zwei gleiche Widerstände mit je 100 Ω ergeben parallel 50 Ω. Bei gleicher Quellenspannung kann somit der Gesamtstrom steigen.

Darstellung eines Gleichstromkreises; prüfe die Polarität und die Anordnung der Bauteile.

Video: „Gleichstrom-Reihenschaltung erklärt“ (Ingenieursmentalität, 2020; Originalvideo auf YouTube).

Voltmeter und Amperemeter richtig anschließen

Ein Voltmeter misst die Potentialdifferenz parallel zum betrachteten Bauteil. Ein Amperemeter misst die Stromstärke in Reihe im betrachteten Zweig. Für Spannungs- und Strommessung sind passende Messbereiche und sichere Geräte entscheidend. Ein auf Strommessung eingestelltes Multimeter darf niemals direkt an die Pole einer Batterie oder Spannungsquelle gehalten werden: Es kann einen gefährlichen Kurzschluss verursachen.

Schaltung mit Batterie, Vorwiderstand, Taster und Leuchtdiode.

Sichere Übung im Simulator

Öffne die PhET-Simulation „Stromkreise schalten: Gleichstrom“. Baue zunächst eine Quelle, einen Schalter und einen Widerstand auf. Miss Spannung und Stromstärke. Ergänze danach einen zweiten Widerstand einmal in Reihe und einmal parallel. Stelle deine Werte in einer Tabelle gegenüber und begründe Unterschiede. Diese Simulation ersetzt keine Prüfung an realen Stromversorgungen.

Quellen, Geräte und Umwandlungen

Wo entsteht Gleichstrom?

Galvanische Zellen, Akkus und Solarzellen liefern eine Gleichspannung mit vorgegebener Polarität. Solarstrom hängt aber von Licht, Temperatur und Last ab. In vielen Netzteilen macht ein Gleichrichter aus Wechselspannung zunächst eine gleichgerichtete Spannung. Ein Kondensator kann deren Restwelligkeit glätten; eine Regelung stabilisiert sie je nach Ausführung. Gleichrichtung allein garantiert also keine zeitlich konstante Spannung.

Achte an Netzteilen, Ladegeräten und kleinen Elektrogeräten auf DC-Kennzeichnung, Ausgangsspannung und Polarität.

Gleichstromanwendungen

Handys, Mikrocontroller, Taschenlampen und zahlreiche elektronische Schaltungen arbeiten intern mit Gleichspannung. In einer Photovoltaikanlage liefert das Solarmodul zunächst Gleichstrom, während ein Wechselrichter ihn für ein übliches Wechselstromnetz umwandeln kann. Ein Gleichstrommotor wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung um. Bei klassischen Bürstenmotoren übernimmt der Kommutator die Umschaltung in der Rotorwicklung, damit das Drehmoment die Drehung fortsetzen kann.

Animation: einfacher zweipoliger Bürsten-Gleichstrommotor; beobachte Bürsten, Kommutator und Drehung.

Video: „Gleichstrommotor – Funktionsweise“ (Studyflix, 2019; Originalvideo auf YouTube).

Sicherheit und nachhaltige Nutzung

Kleine Spannung heißt nicht gefahrlos

Auch eine Batterie kann bei einem Kurzschluss sehr hohe Ströme liefern. Leitungen können heiß werden, Akkus beschädigt werden und Brände entstehen. Bei realen Experimenten sind nur dafür vorgesehene, strombegrenzte Kleinspannungsquellen und passende Bauteile zu verwenden; Arbeiten an Netzspannung sind kein Schülerversuch. Verwende keine geöffneten Akkuzellen, überbrücke keine Batteriepole und ändere nichts an festen Elektroinstallationen. Schäden oder ungewöhnliche Erwärmung sind ein Grund, den Versuch sicher abzubrechen und eine fachkundige Person einzubeziehen.

Energie bewusster nutzen

Gleichstromtechnik begegnet dir beim Laden, Speichern und Verwenden elektrischer Energie. Vergleiche die tatsächliche Leistungsaufnahme statt nur die Batteriespannung. Wiederaufladbare Energiespeicher können bei passender Nutzung Abfall vermeiden, müssen aber korrekt geladen, gepflegt und am Lebensende getrennt gesammelt werden. Überlege bei jedem Gerät, ob Reparatur, energiesparender Betrieb und sachgerechte Entsorgung möglich sind.

Leitfrage: Warum ist „mit Gleichstrom betrieben“ allein noch keine Aussage über Energieeffizienz oder Sicherheit?

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Worin unterscheidet sich Gleichstrom grundsätzlich von Wechselstrom? (Seine Richtung kehrt sich nicht periodisch um) (!Seine Spannung muss immer exakt null sein) (!Er fließt nur in sehr langen Leitungen) (!Er benötigt immer eine Steckdose)

Welche Bedingung ermöglicht anhaltenden Strom im einfachen Batteriekreis? (Ein geschlossener leitender Weg mit Quelle und Verbraucher) (!Ein dauerhaft geöffneter Schalter) (!Ein vollständig entfernter Draht) (!Ein isolierter Verbraucher ohne Anschluss)

In welcher Richtung ist die technische Stromrichtung im äußeren Batteriekreis definiert? (Vom Pluspol zum Minuspol) (!Vom Minuspol zum Pluspol bei jeder Definition) (!Immer zum Mittelpunkt des Leiters) (!Sie wechselt in jeder Sekunde ihre Richtung)

Welche Einheit gehört zur elektrischen Stromstärke? (Ampere) (!Volt) (!Ohm) (!Watt)

Welche Stromstärke ergibt sich bei sechs Volt an dreihundert Ohm? (Zwanzig Milliampere) (!Zwei Ampere) (!Dreihundert Ampere) (!Sechzig Ampere)

Welcher Zusammenhang gilt für einen ohmschen Widerstand bei konstanter Temperatur? (Spannung gleich Widerstand mal Stromstärke) (!Widerstand gleich Spannung mal Zeit) (!Stromstärke gleich Leistung mal Widerstand) (!Spannung gleich Stromstärke plus Widerstand)

Wie verhält sich die Stromstärke in einer Reihenschaltung? (Sie ist in allen unverzweigten Abschnitten gleich) (!Sie verschwindet nach jedem Widerstand vollständig) (!Sie ist an jedem Bauteil beliebig unabhängig) (!Sie ist stets größer als die Quellenspannung)

Wie wird eine Spannung an einem Bauteil gemessen? (Mit einem parallel angeschlossenen Voltmeter) (!Mit einem Amperemeter als Drahtbrücke) (!Durch direktes Kurzschließen der Quelle) (!Mit einem in Reihe angeschlossenen Thermometer)

Was macht ein Gleichrichter in einem Netzteil? (Er macht aus Wechselspannung eine gleichgerichtete Spannung) (!Er speichert jede beliebige Energiemenge ohne Verluste) (!Er erhöht immer die Frequenz des Wechselstroms) (!Er ersetzt alle Schutzmaßnahmen)

Warum ist ein Kurzschluss an einem Akku gefährlich? (Es können sehr hohe Ströme und starke Erwärmung auftreten) (!Die Stromstärke wird dadurch immer null) (!Der Akku lädt sich dadurch automatisch auf) (!Alle Kabel werden dadurch zu Isolatoren)

Memory: Begriffe und Bedeutungen

Finde die richtigen Begriffspaare.

Gleichspannung	Elektrische Spannung mit gleichbleibender Polarität
Stromstärke	Ladungsmenge pro Zeit
Widerstand	Maß für die Hemmung des Stromflusses
Voltmeter	Messgerät für die Spannung zwischen zwei Punkten
Amperemeter	Messgerät für den Strom in einem Zweig
Gleichrichter	Bauteilanordnung zur Gleichrichtung von Wechselspannung
Kommutator	Umschaltvorrichtung am klassischen Bürstenmotor

Drag-and-drop: Ordne die Aussagen zu

Ordne jedem Fachbegriff seine passende Aussage zu.

Gesuchter Begriff	Zugehörige Aussage
Batterie	Versorgt den einfachen Stromkreis mit elektrischer Energie
Schalter	Unterbricht oder schließt den Stromweg
Parallelschaltung	In jedem Zweig liegt die gleiche Spannung an
Reihenschaltung	Durch alle Bauteile fließt dieselbe Stromstärke
Vorwiderstand	Begrenzt in einer geeigneten Schaltung den LED-Strom

Kreuzworträtsel

Finde den gesuchten Begriff zu jeder Erklärung.

Ampere	Einheit der elektrischen Stromstärke
Spannung	Elektrische Größe mit dem Formelzeichen U
Elektronen	Negative Ladungsträger in metallischen Leitern
Schalter	Bauteil zum Öffnen und Schließen des Stromwegs
Gleichrichter	Schaltung, die Wechselspannung gleichrichtet
Widerstand	Bauteilgröße mit der Einheit Ohm

LearningApps

Suche hier weitere interaktive Übungen zum Thema.

Lückentext

Ergänze die Fachbegriffe und überprüfe anschließend deine Aussagen.

Ein elektrischer Strom ist eine gerichtete Bewegung von

.

Bei Gleichstrom wechselt die elektrische Stromrichtung nicht periodisch ihr

.

Ein dauerhaft fließender Strom benötigt einen geschlossenen

.

Die Stromstärke wird in

angegeben.

Die Einheit der elektrischen Spannung heißt

.

Für einen ohmschen Widerstand gilt U gleich R mal

.

In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke überall

.

Die Spannung misst du mit einem parallel angeschlossenen

.

Ein in Reihe geschalteter Strommesser heißt

.

Ein Akkukurzschluss kann gefährliche

hervorrufen.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben von leicht bis schwer. Nutze für Stromversuche bevorzugt eine Simulation; reale Versuche erfolgen nur mit geeigneten Kleinspannungsbauteilen und fachkundiger Aufsicht.

Leicht

Alltagsfunde: Suche drei Geräte mit DC-Kennzeichnung und beschreibe ihren Einsatzzweck, ohne sie zu öffnen.
Bauteile erkennen: Zeichne Batterie, Lampe, Schalter und Leitungen als einfachen Stromkreis und erkläre den Schalter.
Pfeildiagramm: Trage technische Stromrichtung und Elektronenbewegung in ein Kupferleiter-Schema ein und begründe den Unterschied.
Begriffskarten: Erstelle eine Übersicht mit U, I, R, P und den zugehörigen Einheiten sowie jeweils einem kurzen Beispielsatz.

Standard

Rechenwerkstatt: Berechne Stromstärken für drei ohmsche Widerstände bei sechs Volt und prüfe, wie sich eine Verdopplung des Widerstands auswirkt.
Virtuelles Experiment: Baue in PhET zwei Widerstände in Reihe und protokolliere Gesamtspannung, Teilspannungen und Stromstärke.
Virtueller Vergleich: Setze dieselben Widerstände parallel, vergleiche die Zweigströme und erkläre den Gesamtstrom.
Messplan: Plane mit einer beschrifteten Zeichnung, wo Amperemeter und Voltmeter sicher angeschlossen werden; erläutere ein Risiko einer Fehlmessung.

Schwer

Energievergleich: Berechne den Energiebedarf von zwei beispielhaften Gleichstromgeräten und leite eine sinnvolle Nutzungsentscheidung ab.
LED-Dimensionierung: Berechne theoretisch einen Vorwiderstand für eine LED mit angenommener Durchlassspannung und begründe, warum die LED-Kennlinie die einfache Ohm-Rechnung begrenzt.
Wandlungsweg: Erläutere anhand eines Blockschaltbilds den Weg von Wechselspannung zu geglätteter Gleichspannung und nenne Grenzen der Glättung.
Technikbewertung: Vergleiche Solarzelle, Akku und Netzteil hinsichtlich Quelle, Spannungsschwankung, Einsatz und Recycling; führe ein begründetes Kurzinterview mit einer Fachperson oder recherchiere geeignete öffentliche Fachquellen.

Lernkontrolle

Begriffsanalyse: Erkläre anhand zweier Strom-Zeit-Verläufe den Unterschied zwischen idealem und pulsierendem Gleichstrom und beurteile die Formulierung „Gleichstrom ist immer konstant“.
Transferrechnung: Ein ohmscher Verbraucher hat 150 Ω bei 9 V. Berechne Stromstärke und Leistung und erläutere, welche Annahmen du triffst.
Schaltungsvergleich: Begründe mit Rechnungen, warum zwei Widerstände von jeweils 100 Ω an derselben Quelle in Reihe einen anderen Gesamtstrom ergeben als parallel.
Fehlerdiagnose: Analysiere einen Plan mit parallel angeschlossenem Strommesser und erkläre das Risiko sowie die korrekte Messschaltung.
Systemverständnis: Beschreibe den Energiefluss von einem Solarmodul über einen Akku bis zu einem Verbraucher; nenne mindestens zwei reale Verluste.
Sicherheit und Umwelt: Bewerte, warum eine kleine Akkuspannung weder Kurzschlussfreiheit noch Nachhaltigkeit garantiert, und formuliere Schutzmaßnahmen.

Lernnachweis

Du kannst die Unterschiede zwischen Gleichstrom und Wechselstrom anhand von Zeitverläufen erläutern und die Stromrichtung fachlich korrekt kennzeichnen. Du identifizierst die Bauteile eines Stromkreises, unterscheidest Spannung, Stromstärke, Widerstand und Leistung und löst einfache Rechnungen mit Einheiten. Als Lernprodukte dienen ein beschrifteter Schaltplan, eine überprüfbare Rechentabelle, dokumentierte Ergebnisse aus einer Gleichstromsimulation und eine kurze, begründete Sicherheits- und Energieeinschätzung. Ein besonders überzeugender Lernnachweis erklärt auch die Grenzen idealisierter Modelle und beschreibt eigene Korrekturen nach einer Mess- oder Rechenkontrolle.

OER und Wikipedia

Nachschlagen und weiterlernen:

Wikipedia: Gleichstrom – Grundlagen und fachsprachliche Definition.
LEIFIphysik: Elektrische Stromkreise und ihre Größen – Erklärungen und Beispiele.
LEIFIphysik: Ohmsches Gesetz – mit Einschränkungen für nichtohmsche Bauteile.
PhET: Stromkreise schalten – Gleichstrom – digitale Simulation.

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Animation einer Gleichstrommaschine (Variante).gif	Wikimedia Commons	MichaelFrey	CC BY-SA 3.0

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