Wie Funktioniert Strom

So funktioniert der aktuelle Stand

Sie verwenden beispielsweise Strom, während Sie dieses Kapitel lesen. Erfahren Sie durch eine einfache (kinderfreundliche) Erklärung, wie Strom funktioniert und was Strom ist. Wie hoch ist die Stromstärke? Wie geht es bei einem Stromausfall weiter? Es dauert lange, bis der Strom die Steckdose zu Hause erreicht.

Wofür steht Strom und wie funktioniert er? Nachvollziehbar erläutert

Und ohne Strom gibt es kaum noch etwas. Alle benutzen sie, aber wenn sie gefragt werden, können viele nicht erläutern, was Strom tatsächlich ist oder wie er funktioniert. Im Folgenden wird das Konzept und die Arbeitsweise erläutert. Elektrizität - was ist sie und wie funktioniert sie? Der Strom bzw. der aktuelle Durchfluss kann wie ein normaler Durchfluss dargestellt werden:

Da ist das Flussufer und das Flusswasser, das in eine Richt. Übertragen auf den Strom heißt das, dass das Gewässerbett der Stromleiter ist, zum Beispiel ein Kupferstich. Das sind die Elektrone, die sich im Stromleiter von einer in die andere leiten. Elektronische Elemente sind positiv geladene Partikel. In der Flusslandschaft strömt das Flusswasser mit Hilfe von Hängen und den drückenden Wassermassen. Für den Wassertransport ist es wichtig.

Bei der Elektrizität ist es kaum anders - hier ist die Stromspannung die Triebkraft für den Stromverlauf. Mit zunehmender Spannungshöhe steigt der Stromverbrauch. Genau wie beim Wasser: Je größer die Steigung, desto rascher der Durchfluss. Der Strom kann auch ohne elektrische Leitung fliessen. Elektrizität ist nicht dasselbe wie Elektrizität - auch wenn es von aussen so aussieht: Beim Wechselstrom wandern die Elektrone immer in eine bestimmte Himmelsrichtung.

Unsere "Energie aus der Steckdose" ist Fremdstrom. Die Änderung verändert die Strömungsrichtung des Stromes jedes Mal - sie fliesst quasi hin und her.

Stromstärke

Strom ist für viele Menschen beinahe so geheimnisvoll wie ein Magnet, weil man ihn nicht sehen oder hören kann. Im Folgenden lernen Sie auf einfache Weise, was Strom ist, wie Strom geleitet wird und wie Strom "produziert" wird. Wofür steht Strom? Sie wissen wahrscheinlich, dass Elektrizität mit Elektrizität zu tun hat.

Elektronische Elemente selbst sind sehr kleine elementare Teilchen, die alle die gleichen negativen Ladungen aufweisen. Man spricht von Strom, wenn sich Elektronen in eine gewisse Weise ausbreiten. Angenommen, einige Elektrone wandern im Vakuum, z.B. wie in Abbildung 1 auf einer gewissen Strecke, dann strömt der elektrische Strom entlang dieser Strecke.

Nun mag man sich fragen: Stromfluss ohne Stromleiter? Jawohl, der Strom ist nicht unbedingt an eine kupferne Leitung gekoppelt, wie z.B. Blitzeinschläge in der freien Wildbahn aufzeigen. In Fernsehern werden im wahrsten Sinne des Wortes Ionen im Unterdruck zum matten Bildschirm hin abgeschossen. Sinnvoll wäre es, den Stromfluss so zu gestalten, dass er in Fahrtrichtung der bewegten Elekronen abläuft.

Aus historischen Gründen (man bedenke vor langem, dass der Stromfluss auf der Fortbewegung von positiv geladenen Partikeln basiert) wurde der Stromfluss in umgekehrter Richtung zur Fortbewegungsrichtung der Elektrone bestimmt und wird auch heute noch gehalten. Der Strom strömt also vom positiven Pol einer Stromquelle zum negativen Pol, während die den Stromfluss vom negativen Pol zum positiven Pol bewirken.

Elektrizität ist also streng genommen etwas Virtueles, während die Elektrone reale Partikel sind. Schlussfolgerung: Elektrischer Strom ist der Begriff, um sich in eine gewisse Weise bewegte Elektrone oder im Allgemeinen elektrisch aufgeladene Partikel zu beschreiben. Obwohl der Strom im Unterdruck leicht fließen kann, werden in der Regel Stromleitungen eingesetzt, um den Strom von einem Standort zum anderen zu führen.

Das heißt, jedes Atommodell gibt einen Teil seiner Atome quasi an einen gemeinschaftlichen Fundus ab. Sie sind keinem der Atome dauerhaft zugewiesen, sondern summen wie ein Benzin zwischen ihnen hindurch. Der atomare Rest ohne diese Atome ist zwangsläufig aufgeladen. Auf Abbildung 2 sind sie in grün eingezeichnet. Die blauen weißen Freielektronen summen um diese Ions herum und fungieren aufgrund ihrer positiven Aufladung wie ein Kleber zwischen den zwangsaufgeladenen Metallions, so dass sie sich nicht gegenseitig abstoßen ( "die gleichen Chargen stößen sich gegenseitig").

Aufgrund dieser Eigenschaften enthalten Metalle sehr leicht bewegte Ionen. Schiebt man nun einen Leiter und an einem Ende Elektron ein, verschiebt man die dort anwesenden Elektronchen, da sich die gleichen Aufladungen gegenseitig stoßen. Sie selbst verschieben die Elekronen weiter zurück und so weiter. so dass die an der Vorderseite eingedrückten Ionen rasch dafür Sorge tragen, dass am anderen Ende ein Elektronenüberschuss erzeugt wird.

Der Metalldraht funktioniert für den Elektronenbereich wie ein bereits mit Leitungswasser gefüllter Schlauch für Wassermoleküle: Doch in einem Aspekt ist der Gegenüberstellung nicht klar: Die Elektrone gehen nicht aus einem Drahtstück heraus, wenn es an irgendeiner Stelle platziert ist. Wesentliche Parameter des Stromes sind Strom (genaue Stromstärke) und Strom.

Der Strom wird in der Einheit Strom amperiert und mit "A" bezeichnet, während die Stromspannung in V d. h. "V" ausgedrückt wird. Der Stromstärkewert bezeichnet die Anzahl der pro ZE durchströmenden Ionen im Verhältnis zur Anzahl der pro ZE durchströmenden Wässer. Ähnlich wie bei Brauchwasser kann eine Hochspannung (=Hochwasserdruck) anliegen, ohne dass ein Strom fliesst (= Wasserhahn abgestellt).

Auf der anderen Seite kann bei sehr niedrigem Wasserdruck eine sehr große Menge an Wasser pro ZE durchströmen. Dies wird an größeren Flüssen deutlich. Bei der Elektrizität ist es nicht anders. Fließt die Elektrizität nur in eine einzige Flussrichtung, sprechen wir von Gegenstrom. Wir sprechen von Fremdstrom, wenn die Elektrone für eine gewisse Zeit in eine beliebige Flussrichtung und dann in die andere fliessen, in einem bestimmten Zyklus.

Es mag auf den ersten Blick töricht klingen, Strom in die eine und kurz darauf in die andere Seite zu leiten. Elektronische Energie kann nicht aus dem Nichts erzeugt werden, weshalb der weit verbreitete Ausdruck Energiequelle im wahrsten Sinn des Wortes nicht stimmt. So strömt beispielsweise das aus einem Wasserhahn fließende Leitungswasser weit ins offene Gewässer und dann über Nebelbildung und Niederschlag zurück ins Grund- und damit zur Pumpen.

Ähnlich verhält es sich mit dem Strom: Nur durch entsprechende Messungen können die in einem Materialfluss befindlichen Ionen in eine gewisse Flussrichtung gebracht werden (genauere Messungen werden bald folgen). Es gibt im Unterschied zum Trinkwasser kein dem Grundmaterial entsprechend dimensioniertes Elektronenspeicher, aus dem man zuerst Ionen aufnehmen kann und das man zu einem späteren Zeitpunkt nachfüllt.

Mit Strom musst du gleich wieder auffüllen. Das wird sehr einfach dadurch erzielt, dass die Ionen nicht über unterschiedliche Wege wie das Leitungswasser zurÃ??cklaufen, sondern durch einen eigens entwickelten RÃ?ckkanal, d.h. einen weiteren Drähte. Außerdem sollte der Strom keine unbestimmten Wege zurücklegen, da Hochspannungen für Mensch und Natur eine Gefahr darstellen können.

Abbildung 3 zeigt auf der linken Seite eine Stromquelle, welche die Stromspannung U1 liefert. Die Pluspole der Stromquelle werden über einen Switch mit einem Endverbraucher und von dort wieder mit dem negativen Pole der Stromquelle verbunden. Bei der Durchquerung treffen die in dieser Zelle befindlichen Ionen auf einen geringen Widerstandwert und setzen so an.

Bei geöffnetem Switch strömt kein Strom I1. Obwohl die Elektrone quasi "unter Druck" sind, können sie die Stromleitungen nicht aufgeben. Sie können also nirgendwo hinfließen, also kann kein Strom fliessen. Sie können den Switch auch in der untersten Zeile platzieren, da seine Stellung keine Rolle spielt. Es ist nur von Bedeutung, dass der Schaltkreis an wenigstens einer beliebigen Stellen durchbrechen kann.

Bei geöffneter Schalterstellung befindet sich die Stromspannung U2 = 0 V am Verbraucher aufgrund fehlender Stromquellen, so dass kein Strom durch den Verbraucher fliessen kann, d.h. I2 = 0 A.....

Überraschend ist, dass der aktuelle I3 auch so groß ist wie I1 oder Î2. Bei näherem Hinsehen ist dies jedoch durchaus logisch: Auch Elektroverbraucher konsumieren, d.h. natürlich keine Elektrone zerstören. Stattdessen wird nur die kinetische Energie der Elektrone umgewandelt, z.B. in Hitze in einem Heizkörper oder Hitze und Strom in einer Glühbirne.

Die Konsequenz daraus ist, dass aus der Rückseite jedes Verbrauchers so viele Elektrone austreten, wie in die Vorderseite eingesetzt werden. Bei gleicher Elektronenanzahl pro ZE entspricht dies der gleichen Stromverbrauch. Dadurch wird auch die Anforderung erfuellt, dass alle Elektrone zur Stromquelle zurückfließen müssen. Sie als Stromversorger sind wahrscheinlich mit den Stromerzeugern in einem Kraftwerk vertraut, die mit einer Rotationsbewegung, die üblicherweise von Windkraftanlagen erzeugt wird, die Elektronen in die gewünschte Richtungen ablenkt.

Hier wird verwendet, dass bei der Bewegung eines Stromleiters in ein und aus einem magnetischen Feld eine Ablenkung der Elektronen im magnetischen Feld möglich ist, d.h. in eine bestimmte Richt. Weitere Informationen über den Zusammenhangs zwischen Strom und magnetischen Feldern finden Sie in Magnet. Prinzipiell funktioniert ein Stromerzeuger in einem Elektrizitätswerk wie ein simpler Farbdynamo.

Die Grundstruktur eines DC-Generators ist in Abbildung 4 wiedergegeben. Der Gleichstromerzeuger ist aus einem U-förmigen Dauermagneten ( "rot-blau") aufgebaut, zwischen dessen Ende sich eine Wicklung im magnetischen Feld des um die Längsrichtung rotierend gelagerten Gleichstromsammelt. Die Kommutatoren drehen sich zwischen den festen Schiebern, an die die Versorgungsleitungen und die Anschlusskontakte 1 und 2 anschließen.

Hat man einmal begriffen, was magnetische Felder, Elektron und Bewegungsabläufe zusammenhängen (siehe Magnete), wird die Funktion eines Aggregats rasch erklärt: Das innere Funktionieren des Aggregats, d.h. die Wicklung inkl. Kollektor, wird zur Stromgenerä rung in Rotation gesetzt. Der Wickler rotiert in einem gleichbleibenden magnetischen Feld, das durch den Permanentmagnet entsteht.

Die Rotation verändert das effektive magnetische Feld, das durch die Wicklung fließt, weil sich die Wirkfläche der Wicklung verändert, wie in Abbildung 5 gezeigt. Aufgrund dieser Veränderung des wirksamen Magnetfeldes während einer Rotation werden die Ionen in der Wicklung in eine bestimmte Richtungen umgelenkt und ein Strom erzeugt.

Daraus resultiert ein Strom in der Wicklung mit der in Abb. 6 gezeigten Kurve. Sie tauscht nach einer Halbdrehung die Spulenverbindungen zu den Anschlusskontakten 1 und 1 und aus. Dadurch wird die Polarität des Stroms jede Halbdrehung umgekehrt. Dadurch wird an den Anschlusskontakten die in Abb. 6 dargestellte Stromkurve, d.h. ein pulsierender DC-Strom, erhalten.

Weitere bekanntermaßen vorhandene Energiequellen sind z. B. Akkus, die chemisch einen Stromfluss erzeugen und nach dem Einsatz entsorgt werden müssen, und Akkus, die im Unterschied zu Akkus wieder aufgeladen werden können. Beides ist daher mehr als Energiespeicher zu deuten. Eine eigentliche Energiequelle ist auf den ersten Blick vor allem die Kraftstoffzelle, in der die beiden Gase auf " kalte " Weise zu Trinkwasser und die dabei freigesetzte Luft nicht wie bei der thermischen Verwertung in Hitze umgesetzt wird, sondern den Elektrons als Bewegungsenergie zur Verfügung steht, so dass ein Stromfluss entsteht.

Ebenfalls bekannt sind Solarmodule (das sind grossflächige Fotodioden), bei denen das einfallende Sonnenlicht seine Wärme zum Teil an die Ionen abführt, so dass auch hier ein Stromfluss erzeugt wird. Deshalb werden nahezu ohne Ausnahme Stromerzeuger zur Erzeugung von Strom eingesetzt.

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