Unsere Lebenswelt ist eine Welt der Elektrizität und der technischen Erfindungen, die den elektrischen Strom auf vielfältige Weise nutzen. Elektrizität ist somit der Motor dieser technisierten Welt und deren Gesetzmäßigkeiten sind die Regeln, nach denen sie funktioniert. Ob Smartphone oder Laptop, ob Mikrowelle oder Staubsauger, ob LED oder Spielekonsole, ob Akku oder USB-Stick, sie funktionieren nur mit elektrischem Strom und beruhen darauf, dass der Mensch sich eine natürliche vorkommende Energieform technisch nutzbar gemacht hat.

In der Menschheitsgeschichte sind Phänomene wie die elektrischen Entladungen des Zitteraals oder Zitterrochens nachweißlich seit 2750 v. Chr. im alten Ägypten bekannt. Dem griechischen Naturphilosophen Thales von Milet (600 v. Chr.) werden die Erkenntnisse zugesprochen, die im Zusammenhang mit den elektrischen Aufladungen und Effekten des Bernsteins (griechisch: Elektron) stehen. Blitze und Gewitter sind früher wie heute für jeden Menschen der beindruckende Nachweis einer riesigen natürlichen, in früheren Jahren der Menschheitsgeschichte eher übernatürlichen Kraftquelle.

Auch wenn es mit der sogenannten Bagdad-Batterie schon frühe mögliche Nachweise einer menschlichen Nutzung der Elektrizität gegeben hat, beginnt mit der Neuzeit im 16. Jhd. eine nachzuvollziehende Entwicklung technischer Erfindungen auf Basis der Elektrostatik und Elektrodynamik.

Die elektrische Ladung ist eine Eigenschaft atomarer Teilchen (z.B.: negative Elektronen, positive Protonen). Die Bezeichnung positiv bzw. negativ ist eigentlich willkürlich. Wichtig ist, dass sich gleiche elektrische Ladungen abstoßen und sich ungleiche Ladungen anziehen. Ladungen können in Körpern ruhen und ungleich verteilt sein. (ugs.: ein aufgeblasener Luftballon ist, wenn man ihn an den Haaren reibt, elektrisch geladen.)

Wenn sich statische Ladungen ausgleichen, spüren und sehen wir das im Alltag, als kleinen „Stromschlag“ beim Anfassen einer Autotür oder einer Türklinke oder als Blitz bei einem Gewitter. Die Elektronen bewegen sich vom Ort mit Elektronenüberschuss (auch -Pol) zu dem Ort mit Elektronenmangel (auch +Pol). Der Unterschied (Potentialdifferenz) zwischen zwei definierten Orten unterschiedlicher Ladung ist die elektrische Spannung und wird üblicherweise in der Einheit Volt gemessen.

Die Gesetzmäßigkeiten statischer also unbewegter elektrischer Ladungen werden in der Elektrostatik erforscht und beschrieben.

Der elektrische Strom beschreibt eine Bewegung von elektrischen Ladungsträgern (Elektronen) innerhalb einer bestimmten Zeit. Dies ist als Stromstärke festgelegt und wird in der Einheit Ampere gemessen (1 A entspricht 625 *10¹⁶ Elektronen in einer Sekunde). Sobald also bei einem Spannungsunterschied Elektrizität fließt und sich so Elektronen bewegen, spricht man im engeren Sinne von elektrischem Strom. Er erzeugt wiederum elektromagnetische Kräfte, die Grundlage für viele technische Erfindungen sind. Deren Gesetzmäßigkeiten sind im Wissenschaftsbereich der Elektrodynamik erforscht und beschrieben. (Anwendungsbereiche: Elektromotor, Dynamo, Stromerzeugung mit Turbinen, …)

Es gibt zwei wesentliche Unterscheidungsarten von elektrischem Strom - Gleichstrom und Wechselstrom.

Gleichstrom kennen wir aus Batterien und Akkus in elektronischen Kleingeräten. Hier bewegt sich der elektrische Strom kontinuierlich in eine Richtung. Außerhalb der Spannungsquelle vom -Pol zum +Pol, innerhalb der Spannungsquelle vom +Pol zum -Pol. Der Spannungsunterschied wird hervorgerufen durch ein System chemischer Reaktionen. Bei Batterien ist dieses chemische Reaktionssystem nicht umkehrbar und sie sind, wenn sie keine elektrische Spannung mehr hervorbringen „leer“. Bei Akkus ist das Reaktionssystem durch die Zuführung von Elektrizität umkehrbar. Man sagt auch, chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt und umgekehrt.

Wechselstrom entsteht bei allen Stromerzeugungsarten, die mit Turbinen Strom erzeugen. (z.B.: Kohlekraftwerke, Atomkraftwerke, Windparks, Wasserkraftwerke, …) Hier wechselt die Stromrichtung kontinuierlich. In den meisten Teilen Europas beträgt die Frequenz des Wechsels 50 Hertz. Das heißt der Strom macht 50 Hin- und Her-Bewegungen und wechselt also 100mal pro Sekunde die Richtung. Es hat viel technische Vorteile, den Energietransport vom Kraftwerk zum Endverbraucher über Wechselstrom umzusetzen.

Die Voraussetzung für das Fließen eines Stromkreises ist eine ausreichende Spannung. Am Beispiel einer einfachen Mignon-Batterie liegt dies im Bereich von 1,5 V. Sobald die beiden Pole einer Batterie über ein leitendes Material miteinander verbunden sind, können die Elektronen fließen. Es liegt ein geschlossener Stromkreis vor. Bei einer Unterbrechung dieser Verbindung z.B. durch einen Schalter spricht man von einem offenen Stromkreis. Die Elektronen bewegen sich solange, wie die chemische Reaktion innerhalb der Batterie die Spannung aufrecht halten kann. Wenn die Elektronen ungehindert fließen können, dann redet man von einem Kurzschluss. Dabei bewegen sich sehr viel Elektronen in kurzer Zeit vom -Pol zum +Pol und führen zu einer Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie. Hier ist eine häufige Ursache für Brände im Zusammenhang mit elektrischem Strom zu sehen.

In der Elektronik versucht man die Bewegung von Elektronen technisch nutzbar zu steuern (Elektronik = Elektron + Technik) und die elektrische Energie kontrolliert in andere Energieformen zu verwandeln.

Die Glühbirne bringt die Elektronen durch ihre Bauart dazu, sich durch einen sehr dünnen Glühdraht aus Wolfram zu bewegen, der die Engstelle im Stromkreis darstellt. Man sagt auch, der Glühdraht hat einen großen inneren Widerstand (gemessen in der Einheit Ohm = Ω, abgeleitet von der Spannung und der Stromstärke ist 1Ω = 1 V/A). Dabei wird ca. 5% der elektrischen Energie in Lichtenergie und 95% in (die eher nicht gewünschte) Wärmeenergie umgewandelt.  

Werden zwei Glühlampen hintereinander (in Reihe) in einen Stromkreis gebaut, so addiert sich der innere Widerstand der beiden Glühlampen. Beide Lampen verringern ihre Leuchtkraft. Werden die Glühlampen parallel zueinander (Parallelschaltung) von einer Spannungsquelle versorgt, dann bleibt der innere Widerstand gleich, wie beim Anschluss einer Glühlampe in einem Stromkreis. Die Leuchtkraft verändert sich nicht.  

Wichtig: Verwendet man beim Konstruieren von Parallelschaltungen Glühlampen mit einem unterschiedlichen inneren Widerstand, (durch differente Bauart schon mal gegeben!) dann wird nur die Lampe mit dem geringeren Widerstand leuchten oder sehr viel heller als die andere. Bei paralleler Schaltung von einem Summer (siehe Materialliste Sequenz 5) und einer Glühlampe wird nur der Summer funktionieren, weil er einen geringeren Widerstand hat.

Der innere Widerstand eines Stoffes drückt materialspezifisch das Verhältnis von Spannung zu Stromstärke aus. Vergleicht man also zwei verschiedene leitende Stoffe derselben Form und Größe, dann wird sich bei gleicher angelegter Spannung ein anderer Widerstandswert messen lassen. So fließen in dieser Versuchsanordnung durch Kupfer mehr Elektronen als durch Zink. Man sagt auch das edlere Kupfer hat einen kleineren elektrischen Widerstand oder umgekehrt eine höhere elektrische Leitfähigkeit.

Bei Isolatoren liegt ein sehr hoher elektrischer Widerstand vor, weil keine freien Elektronen vorhanden sind, die sich bewegen können. Alle Metalle haben diese Eigenschaft. Durch ihre spezifische molekulare Bauart können sich Elektronen hier frei bewegen. Bei sehr hohen Spannungen oder bei Erhitzung können auch Isolatoren messbare elektrische Leitfähigkeit entwickeln. So wird zum Beispiel bei ca. 750° C Glas zum elektrischen Leiter. Luft (eigentlich ein Isolator) wird bei mehreren 10 Millionen Volt bei einem Gewitter ein Leiter und wir sehen Blitze.

Wasser wird durch die Zugabe von Salz, Säure oder Basen ein elektrischer Leiter. Hier wird die Leitfähigkeit nicht durch die Elektronen direkt hervorgerufen, sondern durch ionisierte Moleküle. Kationen (+ geladene Teilchen) oder Anionen (- geladene Teilchen) bilden den elektrischen Stromfluss in einer wässrigen Lösung. Sie sind auch Grundlage des Stromflusses in Lebewesen, der Elektrophysiologie und sind so z.B. die Basis für die Funktion von Nervenzellen.