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Grundlagen der Elektrotechnik Was ist Elektrizität Bedeutungsinhalt des Wortes „Elektrizität“ Was ist unsere Vorstellung? Was ist unser Begriff? Was haben wir schon gehört? Wissen sie eine Antwort auf die Frage nach Elektrizität? Wissen sie keine Antwort? Ehlich gesagt - so wirklich, weiß das niemand. Diejenigen die glauben es ganz genau zu wissen - irren. Nicht dass wir nicht genug wissen um die Elektrizität technisch Nutzen zu können. Das können wir und das machen wir auch. Nicht dass wir nicht schon ganz genau voraussagen können was geschieht, wenn wir mit Elektrizität arbeiten, oder diese für uns arbeiten lassen. Hier können wir durch Erfahrung und durch Berechnung ganz genaue Voraussagen machen. Und trotzdem - das einzige was wir wirklich wissen, ist, dass Elektrizität etwas ist, was mit Materie untrennbar verbunden ist. Ohne Materie keine Elektrizität. Elektrizität ist ein Grundphänomen der Materie, welche auf der Anziehung und Abstoßung von Teilchen mit elektrischer Ladung beruht. Die Elektrizität wird über die elektrische Ladung definiert. Die elektrische Ladung wurde als Grundgröße in das Maßsystem eingeführt. Als Grundgröße ist sie eine keiner Definition fähige Begebenheit. So, das wäre es - vorläufig. Sind sie jetzt verunsichert, weil sie bisher glaubten - zu wissen? Erschrecken sie nicht! Es ist nicht Ziel das Wesen der Elektrizität zu erfassen. Dieses kennen wir ebenso wenig, wie wir das Wesen der Materie kennen. Unser Ziel ist es, die nachfolgend angeführten und experimentell nachprüfbaren Eigenschaften und Erscheinungsformen der Elektrizität erfassen und in der Elektrotechnik beherrschen zu lernen. Dafür wünsche ich gutes gelingen. • • • • Elektrizität ist ein physikalisches Phänomen das auf der Anziehung bzw. Abstoßung elektrischer Ladungen beruht. In der Elektrotechnik verbinden wir mit dem Wort Elektrizität, elektrische Energie, welche auf der Bewegung von Elektronen beruht. Durch Elektrizität entsteht Magnetismus und durch Magnetismus entsteht Elektrizität. Gemeinsam bilden sie die Grundlage zur technischen Nutzung der Elektrizität. Was können wir in der Natur und im Experiment - ohne großen Aufwand - im Zusammenhang mit Elektrizität beobachten? Finden Sie zu den Beispielen unten selbst noch andere heraus! Reiben Ladungstrennung Blitz Elektrische Strömung Leiter Spannung Strom Elektrische Arbeit Transport elektrischer Energie Durch Reiben können wir auf fast allen Körpern eine elektrische Ladung erzeugen. Diese nennen wir die statische, oder ruhende Elektrizität. Sie wird auch als Reibungselektrizität bezeichnet. Die elektrische Spannung - sie ist das Maß für die Stärke der Ladungstrennung zwischen zwei geladenen Körpern - entsteht, weil geladene Teilchen, z. B. durch das Reiben, von einem Körper zum Anderen überwechseln. Die Körper weisen nach dieser Ladungstrennung ungleiche elektrische Eigenschaften auf. Auf Grund dieser Eigenschaften bezeichnen wir den einen Körper als positiv elektrisch geladen und den Anderen als negativ geladen. Erst durch die Entladung wird das Gleichgewicht wieder hergestellt. Dies kann ein Funke sein. Ein Beispiel für eine gewaltige Entladung ist der Blitz. Früher hat man sich die Elektrizität als ein unsichtbares Fluidum (Flüssigkeit), welche im Leiter fließt, vorgestellt. Der elektrische Strom wurde nach dieser Strömung bezeichnet. Wie kann sich in einem festen Körper etwas nahezu ungehindert fließend fortbewegen? Heute wissen wir, dass frei bewegliche elektrische Ladungsträger, durch einen Leiter "fließen" können. Solche Leiter sind alle Metalle. Stromkabel sind beispielsweise meist Kupferdrähte. Diese können mit Isolatoren, das sind Materialien welche den Strom nicht oder nur sehr schlecht leiten, isoliert sein. Stromfluss kommt nur zustande, wenn eine Spannung an den Enden des Leiters anliegt. Die Spannung wird in Volt gemessen. Die Anzahl der Ladungsträger, welche in einer geordneten (gerichteten) Bewegung durch den Leiter fließen, wird als die elektrische Stromstärke bezeichnet. Diese wird in Ampere gemessen. Das Trennen von Ladungen erfordert Arbeit. Diese - in die Ladungstrennung investierte Arbeit bekommen wir - wenn Strom fließt, wieder zurück. Wir erhalten dann diese in der Form von Wärme-, Licht-, chemischer - oder magnetischer Energie. Der in Haushalt, Industrie und Schienenverkehr benötigte Strom wird meist in großen Kraftwerken erzeugt. Generatoren wandeln über Turbinen die Bewegungsenergie von Wasser, Wasserdampf oder Wind, in Elektrizität um. Vom Kraftwerk aus transportieren Hochspannungsleitungen über weite Strecken die elektrische Energie (über Transformatoren) zum Verbraucher. Veröffentlicht unter GPL von www.bin-br.at - Urheber: Ba 28.01.2012 19:36 Seite 1 D_E_wasi.doc Grundlagen der Elektrotechnik Was ist Elektrizität Bedeutungsinhalt des Wortes „Elektrizität“ Was ist unsere Vorstellung? Was ist unser Begriff? Was haben wir schon gehört? Hier finden Sie noch einige Worte zum Thema Elektrizität welche sie sicher schon einmal gehört haben. Ampere Einheit in der die Stromstärke gemessen wird. Benannt nach André-Marie Ampère, der den elektrischen Strom erforschte. Batterie Eine Stromquelle, in der elektrische Energie in Chemikalien gespeichert ist. Enthält meist stark ätzende Säure oder Lauge! Elektrizität „Bernsteinkraft“ von griechisch „Elektrum“ für Bernstein. Die Griechen wussten um das Phänomen der elektrischen Aufladung, wenn man ein Bernstein an einem Fell reibt. Elektron Ein wichtiger Grundbaustein der Atome. Diese sind für den Strom durch einen Draht verantwortlich. Beim elektrischen Strom fließen Elektronen durch einen leitenden Stoff. Generator Im Prinzip ein großer Fahrraddynamo, der im Kraftwerk zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Wird meist von einer Turbine angetrieben, die von Wasser oder heißem Dampf bewegt wird. Gleichstrom Strom bei dem die Elektronen immer in die gleiche Richtung fließen. Halbleiter Ein spezielles Material, dass verschiedene Eigenschaften besitzt und wichtig für den Bau von Computern und elektronischen Bauteilen, wie z.B. der LED, ist. LED Englische Abkürzung für „light emitting diode“ was soviel heißt wie „Licht abstrahlende Diode“. Gemeint ist eine Leuchtdiode. Leistung Physikalische Größe für die Arbeit welche in einer Zeiteinheit verrichtet wurde. Ohm Einheit des elektrischen Widerstands. Benannt nach Georg Simon Ohm, der den Widerstand als erster berechnete. Er erkannte dass der Widerstand weder von der Stromstärke noch von der Spannung abhängig ist. Deshalb kann ein Stromkreis mit der nach Ohm benannten Formel berechnet werden. Sicherung Ein Bauteil, das gefährliche Ströme in einem Stromkreis unterbricht. Schmelzsicherungen werden durch das Durchschmelzen eines kleinen Drahtes ausgelöst, wenn der Strom zu groß wird. Spannung Die Größe, die die Elektronen zur Bewegung zwingt. Vergleichbar mit dem Druck auf einer Wasserleitung. Je mehr Druck desto kräftiger der Wasserstrahl, je mehr Spannung desto kräftiger der Strom. Die Maßeinheit nennt sich Volt. Strom Die Bezeichnung für einen Fluss von Elektronen. Stromkreis Der Strom möchte immer vom Pluspol zum Minuspol fließen. Damit fließt er immer wieder zu seiner Quelle zurück und beschreibt damit einen Kreislauf, den Stromkreis. Die Richtung der Elektronen selbst ist übrigens genau umgekehrt. Stromstärke Die Menge an Elektronen die in einer festgelegten Zeit durch ein Kabel fließen. Die Einheit für die Stromstärke heißt Ampere. Transformator Oft auch abgekürzt „Trafo“ genannt. Ein elektrisches Gerät, das aus einem festgelegten Wechselstrom einen zweiten Strom mit anderer Spannung und Stromstärke erzeugen kann. Transformatoren gibt es in allen Größen. Vakuum Ein Raum, in dem sich gar keine Stoffe mehr befinden. Pumpt man alle Luft aus einem Gefäß, so erhält man ein Vakuum. Volt Einheit der elektrischen Spannung. Benannt nach Alessandro Volta, dem Erfinder der Batterie. Watt Ist die Einheit für die Angabe von Leistung, also der Energie pro Zeiteinheit. Benannt nach James Watt. Wechselstrom Strom, bei dem sich dauernd die Flussrichtung der Elektronen ändert. Das geschieht, indem an der Stromquelle, z.B. einem Generator, der Minus und der Pluspol immer wieder sehr schnell vertauscht werden. Widerstand Der Wert, der angibt wie stark der Strom „abgebremst“ wird, wenn er ein Material durchquert. Nichtleitende Materialien haben einen sehr, sehr hohen Widerstand. Veröffentlicht unter GPL von www.bin-br.at - Urheber: Ba 28.01.2012 19:36 Seite 2 D_E_wasi.doc
