Stromrichtung

Problemstellung

Die Richtung von Massen- und Volumenströmen ist intuitiv definiert und führt zu keinen Problemen. Die Masse und auch das Volumen werden zusammen mit der Materie transportiert, die zugehörige Stromrichtung zeigt in Bewegungsrichtung. Die Stromdichte ist entweder identisch mit der Strömungsgeschwindigkeit (Volumen) oder unterscheidet sich von dieser nur durch die Dichte (Masse).

Ganz anders bei leitungsartigen Strömen vorzeichenfähiger Mengen (elektrische Ladung, Impuls und Drehimpuls). Leitungsartige Ströme sind makroskopisch nicht mit einer Bewegung verknüpft, die Stromrichtung kann somit nicht aus der Bewegung abgeleitet werden. Stellt man sich den leitungsartigen Strom wie bei der elektrischen Ladung dennoch als Bewegung von Trägerteilchen vor und tragen diese Teilchen wie die Elektronen einen negative Ladung, ist die Verwirrung über die Richtung des Stromes total.

Dabei ist die Sache so einfach. Nimmt man zwei Speicher für die fragliche Menge und verbindet diese leitend miteinander, dann fliesst der Strom vom Speicher mit abnehmender Menge zum Speicher mit anwachsendem Inhalt. Das Verhalten des "Füllstands" der beiden Speicher ist anhand der zugehörigen Potenziale leicht zu verfolgen.

Hat man den prinzipiellen Zusammenhang einmal begriffen, kann für die Festlegung der Stromrichtung eine klare Regel gefunden werden. Zudem hängt die Stromrichtung auch mit der meist direkt messbaren Stromstärke zusammen.

negative Mengen

Ein Körper kann einen Mangel an Ladung, Impuls oder Drehimpuls aufweisen, sein Ladungszustand bzw. sein Impuls- oder Drehimpulsinhalt können kleiner als Null werden. Die elektrische Ladung, eine Komponente des Impulses oder des Drehimpulses sind vorzeichenfähig.

Das Vorzeichen dieser drei Mengen ist Konvention. Bei der elektrischen Ladung hat schon Thomas Jefferson festgelegt, dass ein mit einem Wolltuch geriebener Glasstab positiv geladen ist. In der Mechanik teilt ein globales Koordinatensystem (Weltsystem) den Impuls und den Drehimpuls über die Geschwindigkeit bzw. die Winkelgeschwindigkeit in je drei vorzeichenfähige Komponenten ("Sorten") auf. So speichert jeder Körper, der sich in Richtung der positiven x-Achse bewegt, einen x-Impulsüberschuss. Ein im Sinne der rechten Hand um die x-Achse rotierender Körper enthält einen x-Drehimpulsüberschuss. Der Zusammenhang zwischen Impuls und Geschwindigkeit bzw. Drehimpuls und Winkelgeschwindigkeit kann im Flüssigkeitsbild anschaulich dargestellt werden.