Keine Angst, dies wird kein trockener Fachvortrag.
Lehne Dich interessiert zurück und genieße den Beitrag. Ich bin mir sicher, nach einiger Zeit wirst Du mehr Verständnis gewinnen als nach 100 Stunden pauken in der lauten Mensa, bei der hektischen Ausbildung oder im Schulstress. Die Grundlagen zu verstehen spart Dir später beim lernen gewaltig viel Zeit.
In eigener Sache:
Zwei abgeschlossene Berufe haben mir den Weg geebnet. Eine Zeit lang war ich als Elektroinstallateur unterwegs und heute bin ich Fachinformatiker für Anwendungsentwicklung. Die Welt der Technik hat mich von Kindesbeinen an begleitet. Heute versuche ich mein Wissen und meine Ideen an andere Menschen weiterzugeben.
Das verwendete Text- und Bildmaterial ist aus eigener Arbeit entstanden!
Zielgruppe :
- wissbegierige Leute
- neugierige Studenten und Lehrlinge der Elektrotechnik
Umfang:
Diese Beiträge zum Thema werden in mehreren Teilen veröffentlicht. Wie lang diese Serie wird, kann ich an der Stelle nicht sagen. Das hängt auch ganz davon ab, welche Fragen von Lesern aufkommen.
Zweck des Beitrags :
Ich will mit diesen Beitrag versuchen, unseren Alltag besser greifbar zu machen. Auch wenn wir unsere Welt niemals vollständig erfassen werden, ist es von großer Bedeutung, wenn man in die Ergebnisse fleißiger Vordenker blicken darf. Der eigene Alltag kann einem dadurch viel verständlicher werden. Du gerätst zudem weniger in die Falle, dich allein auf Vertrauen und Glück im täglichen Leben zu verlassen.
Ich werde mich mit Fachsprache so weit es geht zurückhalten. An der ein oder andere Stelle wird es nicht ohne Begrifflichkeiten gehen. Du kannst Dir aber sicher sein, dass ich notwendige Erklärungen einbaue oder auf passende Quellen verweise. Sollte dennoch etwas im Dunkeln bleiben, werde ich in den Kommentaren unterstützend darauf eingehen.
Steigen wir also ein, in die fantastische Welt der Elektronen und schärfen wir den Blick für die Geheimnisse dieser Welt.
Die erste Frage :
Was ist Strom?
Wenn wir von Strom sprechen, befinden wir uns in einem fachlichen Bezug.
Mal ein paar Beispiele :
Wenn ein Sanitärinstallateur von Strom spricht, so meint er möglicher Weise den Wasserfluss in einer Rohrleitung. Ein Verkehrsplaner stellt sich hingegen den Tranpotfluss auf einer Straße vor.
Damit haben wir schon den ersten wichtigen Begriff geklärt:
Strom hat immer was mit Bewegung zu tun.
Und genau so ist es auch bei elektrischen Strom.
Die Kurze Antwort lautet:
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von elektrisch geladenen Teilchen.
An dieser Stelle wären wir eigentlich fertig, wenn da nicht gleich die nächsten Fragen lauern.
Gerichtet ist eine Bewegung, wenn der Ablauf tendenziell eine Richtung hat. Entscheidend ist letztlich bei elektrischen Strom, dass Elektronen am anderen Ende ankommen.
Stell Dir einfach einen Flipper-Automaten vor. Die Kugel stößt im Zickzackkurs umher, kommt aber letztlich immer an einer Stelle an.
Und genauso ist es auch bei der Bewegung von Elektronen. Da man Elektronen bis heute nicht sehen kann, haben kluge Leute ein Modell entworfen, wie so ein Elektron aussehen könnte.
Das Bohrsche Atommodell
Dieses Modell ist eine Vereinfachung der komplexen Wirklichkeit. Es wird also nicht alles abbilden können, was ein Elektron tatsächlich ausmacht. Das muss es auch nicht. Es reicht aus, um die Beobachtung seiner Wirkung mit dem erstellten Modell zu vergleichen.
Doch kommen wir zurück zum Elektron und dem Strom.
Wie kommt die Bewegung nun Zustande?
Das Elektron muss einen Grund haben, um sich von einer Seite zur anderen Seite zu bewegen. Ohne Energie geht Nichts.
Das Elektron wird durch eine elektrische Kraft angezogen, wie Eisen von einem Magnet. So eine Kraft kann unterschiedlich groß sein. Diese Kraft nennt man elektrische Spannung. Und schon wissen wir was Spannung ist. Das ist doch toll. :)
Die elektrische Spannung ist die Kraft, mit der Elektronen auf die andere Seite wollen.
Die elektrische Spannung ist eine potentielle Kraft. Also eine Kraft die noch nicht aktiv wurde. Wenn Kraft noch nicht aktiviert wurde, sagt man auch. Es steckt Energie in Etwas, in einem System.
Stell Dir an dieser Stelle ein Fass mit Wasser vor. Unten am Fass befindet sich ein Ventil zum öffnen. So lange das Fass voll ist, wirkt der Wasserdruck auf das Ventil unten am Fass und Wasser kann durch das geöffnete Ventil fließen. Vergleichbar ist das mit der Spannung der Elektronen, die auf die andere Seite wollen.
Der Grund für die elektrische Spannung ist ein Mangel an Elektronen, auf einer Seite. Und ein Überschuss an Elektronen auf der anderen Seite.
Die Abbildung auf der rechten Seite zeigt Folgendes:
- Wenn man das Ventil öffnet, fließt das Wasser.
Auf der Linken Seite im Bild:
- Wenn man bei Elektronen eine Verbindung herstellt, die den elektrischen Strom leiten kann, werden sich die Elektronen von einer Seite zur anderen bewegen.
Dann sagen wir : Es fließt elektrischer Strom.
Woher kommt nun der Widerstand?
Der Widerstand ist die Kraft, die Elektronen in der Bewegung einschränken. Auch weitere Faktoren können die Elektronen in der Bewegen hindern.
Vergleich der elektrischen Leitung mit einer Wasserleitung
Schauen wir uns ein paar Gegenüberstellungen an.
1. Der elektrische Widerstand ist abhängig vom Durchmesser der elektrischen Leitung.
Dicke Leitungen
Dünne Leitungen
Wenn das Wasserrohr dick ist, kann viel Wasser fließen. Ist es dünn, so dauert es eine Zeit lang, bis die gleiche Menge Wasser durchkommt.
2. Der elektrische Widerstand ist abhängig von dem Innenwiderstand der Leitung selbst.
Hier wäre der Vergleich mit einem etwas verstopften Wasserohr möglich. Das Wasserrohr kann zwar dick oder dünn sein, aber wenn viel Kalk darin ist, fließt auch das Wasser schlechter durch. Bei Elektronen sind das die Stoffe im Material, die diese Elektronen besser transportieren als andere. Wenn zu viel Material in der Stromleitung ist, welche die Elektronen ausbremsen, dann hat man einen schlechten elektrischen Leiter mit viel Widerstand.
3. Der elektrische Widerstand ist abhängig von der Temperatur.
Bei hoher Temperatur bewegen sich die Atome im elektrischen Leiter schneller umher. Dabei stoßen sie die Elektronen öfter weg, was wiederum dazu führt, dass diese länger brauchen um am anderen Ende anzukommen.
Das ist auch der Grund, warum Glühlampen oft direkt beim Einschalten kaputt gehen können. Weil der Strom, aufgrund der kalten Glühwendel um ein vielfaches höher ist. Erst beim Glühen fließt er langsamer.
Der Widerstand behindert also den elektrischen Strom.
Jetzt weißt Du also was elektrischer Strom, Spannung und Widerstand ist.
Das soll für heute erst einmal ausreichen. Wenn Du Fragen zum Thema hast, scheue Dich nicht zu fragen. Die Community oder ich werden sicher auf vieles eine Antwort geben können.
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In der nächsten Folge werde ich weiter auf die Ursachen der Kräfte und Ihre Wirkung eingehen.
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