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Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Richtung und Stärke sich periodisch ändern, wobei der Effektivwert die energetische Vergleichbarkeit zum Gleichstrom herstellt. Die Haushaltsnetzspannung in Europa beträgt 230 V Effektivwert (entspricht ca. 325 V Maximalwert) bei 50 Hz.
Wechselstrom (AC für Alternating Current) unterscheidet sich vom Gleichstrom dadurch, dass die Ladungsträger nicht stetig in eine Richtung fließen, sondern ihre Bewegungsrichtung in einem festen Rhythmus umkehren. Bei ohmschen Widerständen sind Spannung und Strom phasengleich (synchron); bei induktiven oder kapazitiven Bauelementen tritt eine Phasenverschiebung auf. In der Medizin und Technik ist der sinusförmige Verlauf am wichtigsten, da er durch rotierende Generatoren natürlich entsteht.
Die Amplitude (U₀ oder I₀) definiert den maximalen Ausschlag der Spannung oder Stromstärke aus der Nulllage. Sie entspricht dem Spitzenwert der Schwingung. Eine Analogie hierzu ist ein Pendel: Die Amplitude ist der weiteste Punkt, den das Pendel von seiner Ruheposition aus erreicht. Die Spannungsdifferenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Wert wird als Spitze-Spitze-Spannung (Uss) bezeichnet und beträgt das Doppelte der Amplitude.
Die Zeitspanne, die für eine vollständige Schwingung (einmal hin und her) benötigt wird, nennt man Periodendauer (T). Die Anzahl dieser Schwingungszyklen pro Sekunde wird als Frequenz (f) bezeichnet und in der Einheit Hertz (Hz) gemessen. Es gilt die einfache Beziehung f = 1/T. Die SI-Einheit der Frequenz ist Hertz (Hz), was s⁻¹ entspricht. In Europa beträgt die Netzfrequenz 50 Hz, was einer Periodendauer von T = 20 ms (1/50 s) entspricht.
Da sich die Momentanwerte bei Wechselstrom ständig ändern, ist die Angabe eines Durchschnittswerts für die Leistung schwierig. Deshalb nutzt man den Effektivwert (U_eff oder I_eff). Dies ist der Wert eines Gleichstroms, der an einem Widerstand die gleiche Wärmeleistung erzeugen würde wie der betrachtete Wechselstrom. Momentanwerte werden oft mit Kleinbuchstaben (u, i), Effektivwerte mit Großbuchstaben (U, I) notiert. Bei Angaben zu Wechselstrom sind in der Regel die Effektivwerte gemeint.
Für eine sinusförmige Wechselspannung ist die mittlere Leistung P über eine Periode nur halb so groß wie die maximale Momentanleistung Pmax (P = Pmax / 2). Aus Pmax = Umax · Imax und P = Ueff · Ieff folgt Umax = Ueff · √2 bzw. Ueff = Umax / √2. Üblicherweise setzt man Umax = U₀, sodass U_eff = U₀ / √2. Da √2 ≈ 1,41, beträgt der Effektivwert etwa 70,7 % der Amplitude.
Die haushaltsübliche Wechselspannung in Europa beträgt 230 V Effektivwert bei einer Frequenz von 50 Hz. Die maximale Spannung (Amplitude) erreicht damit ungefähr 325 V (230 V · √2).
Das Spektrum eines Signals beschreibt die Verteilung der darin enthaltenen Frequenzen. Ein idealer sinusförmiger Wechselstrom besitzt im Spektrum nur eine einzige scharfe Linie bei seiner Grundfrequenz. Komplexere Signalformen (wie z. B. Biosignale im EKG) setzen sich aus vielen verschiedenen Frequenzen zusammen.
