Ein Metall besteht aus Atomen, die fest an ihrem Platz sitzen. Von den Atomen lösen sich manche Elektronen und bewegen sich frei dazwischen, wie ein Gas. Man nennt das Elektronengas. Ohne Antrieb flitzen die Elektronen ungeordnet hin und her, ohne gemeinsame Richtung. Es fließt kein Strom.

Schließt du eine Stromquelle an, schiebt sie alle Elektronen gemeinsam in eine Richtung: außen vom Minuspol zum Pluspol. Dieses gerichtete Wandern geladener Teilchen ist der elektrische Strom. Als technische Stromrichtung hat man die Gegenrichtung festgelegt, vom Pluspol durch den Verbraucher zum Minuspol. Das geschah, bevor man die Elektronen kannte. Meistens rechnet man mit der technischen Stromrichtung.

Die Elektronen kommen im Draht nur langsam voran, höchstens wenige Millimeter pro Sekunde. Trotzdem leuchtet die Lampe sofort, denn die Elektronen sind schon überall im Draht. Es ist wie bei einem Gartenschlauch voller Wasser: Drehst du den Hahn auf, kommt vorn sofort Wasser heraus.

Die Stromstärke $I$ gibt an, wie viel Ladung in jeder Sekunde durch einen Draht fließt. Fließen in 2 s insgesamt 6 C durch einen Querschnitt des Drahtes (C ist Coulomb, die Einheit der Ladung), sind es 6 C : 2 s = 3 C pro Sekunde. Allgemein teilst du die Ladung $Q$ durch die Zeit $t$.

Die Einheit ist das Ampere (A): 1 A = 1 C pro Sekunde. Für kleine Ströme nimmt man Milliampere: 1 mA = 0,001 A. Aus der Formel folgt $Q = I \cdot t$. Bei 1 A fließen in jeder Sekunde etwa $6{,}2 \cdot 10^{18}$ Elektronen durch den Draht.

Von allein bewegen sich die Elektronen nicht gemeinsam durch den Draht. Eine Spannungsquelle treibt sie an. Dazu zählen Batterie, Akku, Solarzelle, Generator und Netzgerät. Sie trennen Ladungen: Am Minuspol herrscht Elektronenüberschuss, am Pluspol Elektronenmangel. Dabei wandelt die Quelle Energie in elektrische Energie um, zum Beispiel chemische Energie in der Batterie.

Die Spannung $U$ gibt an, wie viel Energie jede Ladung bekommt und im Verbraucher wieder abgibt. Man teilt die Energie $E$ durch die Ladung $Q$. Die Einheit ist das Volt (V): 1 V = 1 J pro C. Eine 6-V-Batterie gibt jedem Coulomb 6 J mit.

Man spricht auch von einem Potenzialunterschied. Das Potenzial ist wie die Höhe eines Ortes, nur für Ladungen. Die Spannung ist der Unterschied zwischen zwei Orten, wie ein Höhenunterschied bei einem Wasserfall. Je größer er ist, desto mehr Energie gibt jedes Kilogramm Wasser beim Fallen ab.

Typische Spannungen: Batterie für die Taschenlampe 1,5 V, Handy-Akku etwa 3,7 V, Autobatterie 12 V, Steckdose 230 V, große Überlandleitungen bis zu 380 000 V.

Die Stromstärke misst du mit dem Strommesser, Schaltzeichen: Kreis mit A. Du trennst den Stromkreis auf und setzt den Strommesser in die Leitung ein. Der Strom fließt dann durch ihn hindurch, wie das Wasser durch einen Wasserzähler im Rohr.

Die Spannung misst du mit dem Spannungsmesser, Schaltzeichen: Kreis mit V. Du legst seine zwei Anschlüsse an die beiden Seiten des Bauteils. Der Stromkreis bleibt dabei ganz. Der Spannungsmesser liegt neben dem Bauteil, wie ein Druckmesser zwischen zwei Stellen eines Rohrs.

Bei Zeigergeräten beginnst du mit dem größten Messbereich und schaltest herunter, bis der Zeiger gut ausschlägt. Der Strommesser darf nie allein an die Stromquelle, denn das wäre ein Kurzschluss. Messe nur an Batterien oder an einem Netzgerät, das deine Lehrkraft freigibt, nie an der Steckdose.

Strom und Spannung sieht man nicht. Zwei Modelle helfen:

Beide Modelle zeigen: Der Strom fließt im Kreis und wird nicht verbraucht. Nur Energie wird abgegeben. Jedes Modell hat Grenzen. Im Wassermodell kann Wasser aus einem Leck laufen, im Stromkreis gibt es das nicht. Das Elektronengasmodell erklärt, warum sich ein Draht erwärmt: Die Elektronen stoßen an die Atome und bringen sie zum stärkeren Schwingen.