uebung 01

Elektrischer Strom ist also Elektronenbewegung......... Wohin strömen die denn?
Das ist doch elektrische Energie! Und Energie kann nicht verloren gehen!
Warum nicht? Ja da gibt es so physikalische Regeln..... hab ich vergessen.
Und warum und wann strömen die Elektronen?
Vergleich mit Wasser
Den elektrischen Strom kann man gut mit einem Wasserkreislauf vergleichen, da
sagt man ja auch, dass das Wasser strömt oder fließt.
In einem geschlossenen Wasserkreislauf erzeugt
die Wasserpumpe einen Wasserdruck, welcher das Wasser in den Leitungen in
Bewegung setzt. Der Pumpendruck setzt also das Wasser in Bewegung.
Daraus schließe ich, dass wir Elektronendruck brauchen um die Elektronen in
Bewegung zu setzten.
Was ist Elektronendruck? Das wird in der E-Technik „Spannung“ genannt.
Die drei roten Sätze interessieren uns jetzt mal mehr wie die verl. Energie!
Was ist Elektrizität?
Hauptproblem ist, dass wir den Strom nicht sehen, nicht riechen und auch nicht
hören können. Strom ist nur durch die Wirkung erkennbar.
Wirkungen des elektrischen Stromes:
Licht
Wärme
Magnetismus (Kraft)
Elektronische Wirkungen
Spannungserzeugung
Alle Geräte, welche die Ladungstrennung verursachen, werden Spannungserzeuger
bzw. Generatoren genannt. Man kennt eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkeiten,
Spannung zu erzeugen:
A) Reibung, z.B. statische Ladung
B) chemische Vorgänge, z.B. Trockenbatterien oder Akkumulatoren
C) bewegte Magnete, z.B. Generatoren
Das auch, dazu später noch:
Wärme, z.B. Thermoelement
Licht, z.B. Fotoelement, Solarzellen
Druck, z.B. Piezo
Spannungsarten
Die einzelnen Spannungserzeuger liefern verschiedene Arten von Spannung
D) Gleichspannung (Batterien, Thermo- und Fotoelemente)
E) Wechselspannung (Generatoren der Kraftwerke)
Gleichspannung
Gleichspannung ist von gleich bleibendem Betrag und gleicher Polarität.
Graphisches Symbol: Kurzbezeichnung: DC (Direct Current)
A) – E) ist das Thema jetzt:
Zu A): Reibung, z.B. statische Ladung
Es hat was mit Elektrizität zu tun!
Was ist Elektrizität (wenn man es anpackt, dann weiß man, dass da eine Kraft drin steckt!)?
Elektrizität
Eine Frage, welche die heutige Wissenschaft beschäftigt, ist: Was zum Kuckuck ist
Elektrizität? Und wohin geht sie, nachdem sie den Toaster verlassen hat?
Machen wir ein einfaches Experiment, mit dem wir eine wichtige Lektion über Elektrizität
lernen können: An einem kühlen, trockenen Tag schlurfen wir mit den Füßen über einen
Teppich, greifen dann plötzlich nach einer Freundin um Mund zu Mund Beatmung zu
trainieren. Unsere Freundin zuckt heftig zusammen, schreit vor Schmerz auf und knallt uns
eine!
Wir lernen daraus, dass Elektrizität eine sehr mächtige Kraft sein kann (welche uns weh tut)
und die wir niemals dafür verwenden dürfen, um an unserer Freundin rumzufummeln, außer
wenn wir eine wichtige Lektion über Elektrizität lernen müssen. (Für Freundin darf auch Freund
eingesetzt werden,)
Wir erfahren dabei auch, wie ein elektrischer Stromkreis funktioniert. Als wir über den
Teppich geschlurft sind, haben wir dabei etliche "Elektronen" aufgesammelt, äußerst kleine
Teilchen mit denen wir uns aufgeladen haben. Je nach Teppichmaterial haben wir uns
positiv oder negativ aufgeladen. Das ist nichts schlimmes und die Freundin merkt auch
nichts davon, wenn wir genügend Abstand halten, was ohnehin von Zeit zu Zeit sinnvoll ist.
Bei der Berührung unserer Freundin, welche (grundsätzlich) eine anderes Ladungspotential
hat, kam es zur Blitzentladung mit Rückknall, so sind’se halt).
Wir wissen jetzt, dass die Elektronenladung unseres Körpers über den Körper der Freundin
zurück zum Teppich geflossen und damit der Stromkreis geschlossen ist.
Ursache war die unterschiedliche elektrische Ladung der Körper. Zwischen diesen hatte sich
ein elektrisches Feld aufgebaut. Wird der Isolationsabstand unterschritten, kommt es zum
plötzlichen Ladungsausgleich.
Wir lernen daraus, zwei Körper (Flächen) können unterschiedliche elektrische Ladungen
tragen und zwischen unseren Körpern herrscht dann ein elektrisches Spannungsfeld
(sowieso).
Was lernen wir daraus?
1. Auf Oma hören, wenn Sie sagt Du sollst die Füße heben und nicht schlurfen!
2. Auf den Körpern (Flächen) kann eine Elektronenladung gespeichert werden.
Je größer die Fläche, je mehr Ladung geht drauf.
3. Zwischen den Flächen ist ein homogenes (gleichmäßiges) elektrisches Feld.
Je näher die Flächen zusammenkommen, je stärker das Feld.
4. Es kommt zum Überschlag, wenn der Isolationsabstand (1mm/1000Volt bei Luft)
unterschritten wird.
Das Material der Isolation zwischen den Flächen verhindert Überschläge.
5. Eine elektrische Spannung besteht immer zwischen unterschiedlichen Potentialen.
Wir wollen diesen Effekt genauer kennen und schlagen im Internet nach.
Reibungselektrizität:
http://www.schulebw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_1/e_statik/reibungsel.htm
http://leifi.physik.unimuenchen.de/web_ph10/grundwissen/01reibungselekt/reibungselektr.htm
Experiment: Wir Funkamateure üben ein Hobby aus, welches vom Gesetz als
Experimentalfunk ausgewiesen ist, also müssen wir auch
experimentieren.
Blase bitte einen Luftballon auf, und reibe diesen dann auf Deiner Jacke!
Anschließend drücke den Luftballon gegen die Zimmerdecke und lasse los!
Was passiert? Und wieso?
Klebender Luftballon
Ein aufgeblasener Luftballon wird mit einem Wolltuch gerieben. Hält man ihn
an die Zimmerdecke, bleibt er hängen. Warum?
Siehe: http://www.padl.ac.at/ZIP/material/vs/su/technik/reib.htm#luft
Und:
http://www.schulebw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_1/e_statik/ballon.htm
Oder gib doch bei Google einfach mal „Reibungselektrizität“ ein!
Elektrische Ladungen:
Wir haben gerade gelernt, dass wir durch Reibung elektrische Ladungen auf eine
Fläche bekommen. Schauen wir uns mal die Ladungen an.
http://leifi.physik.unimuenchen.de/web_ph10/grundwissen/01ladung/ladung_eigensch.htm
http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/pdf/ladung.pdf Die Seite direkt eingeben.
Aha! Jetzt kommen wir der Sache schon näher.
Ursache der elektrischen Spannung ist also die unterschiedliche Ladung
zwischen zwei Punkten. Wir sprechen auch von unterschiedlichen
Potentialen.
Der Ladungsausgleich = Elektronenfluss erfolgt wenn die Isolation nicht ausreicht
(könnte man Kurzschluss nennen) oder ein geschlossener Leitungskreis vorhanden
ist, also gezielt der Elektronenfluss zu einem Verbraucher geführt wird.
Mit dieser Reib- und Streichelelektrizität wollte ich nur aufzeigen, das man Ladungsträger gleicher Art, also negative oder positive getrennt speichern kann.
Zu B): chemische Vorgänge, z.B. Trockenbatterien oder Akkumulatoren
http://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator, erst mal so Allgemeinwissen!
Dann hier mal das Prinzip der Chemischen Stromquellen. Nur so mal zum Verständnis.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0209161.htm
und
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0209102.htm
Trockenbatterie
http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/grundsch/versuche/gs-v-002.htm
So, das soll genug sein von den chemischen Stromquellen. Diese produzieren also
Elektronen auf Abruf, wenn ein geschlossener Leitungskreis vorhanden ist.
Zu C): bewegte Magnete, z.B. Generatoren
Herstellung von –e Bewegung
Da überlegen wir erst selbst einmal wie so etwas funktionieren könnte!
Wir haben gesehen, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen und ungleichnamige
anziehen. Das gilt auch für elektrische Felder. Ich erinnere an den Luftballon an der Decke.
Der klebt doch da nur, weil er eine Ladung trägt und die Decke eine andere Ladung hat. Also
ungleichnamige ziehen sich an.
Denken wir jetzt an das Metallgitter mit seinen vielen freien Elektronen –e! Also negativ
geladen. Bringen wir jetzt das Metall an ein elektrisches Feld, so müssten sich die Ladungen
doch beeinflussen, abstoßen oder anziehen.
Das Feld wird also die Elektronen im Leitermaterial beeinflussen. Oder?
Kennen wir noch andere elektrische Felder?
Bestimmt!
Jeder hat doch schon mal einen Magneten oder zwei in der Hand gehabt und damit
rumgespielt. Denk doch mal nach. Da war doch auch was mit Anziehen und Abstoßen.
Oder?
Dieser Effekt tritt doch schon auf, wenn man zwei Magneten annähert. Wir spüren förmlich
die Kraft des Feldes des Magneten. Die Kraft wirkt also bereits außerhalb des Magneten.
D.h. das Feld des Magneten ist auch außerhalb des Magneten.
OK, dass wollen wir jetzt genauer wissen.
Wir besuchen dwu.unterrichtsmaterialien und wiederholen erst mal die Geschichte mit dem
natürlichen Magnetismus.
http://www.zum.de/dwu/umapma.htm tolle Seiten! Da klicken wir mal richtig rum!
Denksport:
Wenn wir ein Stück Draht in ein Magnetfeld bewegen, dann müsste doch das
Magnetfeld (die magnetische Kraft) auf die negative Ladung der Elektronen im Leiter
einwirken und die Elektronen zum Beispiel abstoßen. Da diese Elektronen
Bestandteil des Drahtes sind wird der Draht abgestoßen. Solange wie wir den Draht
bewegen werden zusätzlich die Elektronen im Draht alle in eine Richtung bewegt.
Die Elektronen werden also im Draht in eine Richtung geschoben! Es fließt ein
Elektronenstrom.
HURRA Strom ist endlich da. In eine Richtung bewegte Elektronen sind STROM.
Achtung! Hier passiert was! Die Elektronen bewegen sich alle in eine Richtung
Wenn das so ist, dann strömen die Elektronen, also Elektronenstrom!
Wir nennen das einfach STROM.
(Da ist er ja endlich!)-
Bewegen wir den Draht wieder zurück, dann strömen die Elektronen wieder zurück!
Aha! Die Richtung des Elektronenstromes ist also von der Bewegungsrichtung im
Magnetfeld abhängig. Dann ist es auch egal ob wir den Leiter in das Feld bewegen
oder ob ein Feld über einen Leiter bewegt wird.
JA!
Hier ein Versuch wo wir die Kraftwirkung der Felder auf den Draht sehen.
Verändere die Stromstärke und beobachte die Bewegungsrichtung und die Anzeige am
Instrument. Was ändert sich, wenn Du den Magneten umpolst?
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem003.htm
Das überprüfen wir mal mit einem Kompass, der reagiert nämlich auf Magnetfleder!
Dann zurück zur dwu Auswahlseite Mediensammlung! Und dort wählen wir dann
Elektromagnetismus! Und wir sehen uns das da mal genau an!
Jetzt setzen wir das Gelernte um und bauen einen Motor!
In dem folgenden Versuch wird eine Leiterschleife in einem Magnetfeld gedreht.
Setze im rechten Bild den Haken bei Uind.
Leiterschleife
http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/generator.html da wollen wir hin, ist aber erst
mal ein Vorgucker!
Jetzt erst mal den Elektromagnetismus:
Grundversuche zur Induktion und Magnetfeld in Spulen, Elektromotor und Generator
Hier ansehen!
http://www.zum.de/dwu/umapem.htm
Wir haben bei den Versuchen gesehen, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter ein
elektrisches Feld aufbaut und dieses Feld verstärkt wird, wenn man den Leiter zur Spule
aufwickelt, damit sich die Einzelfelder des Leiters zu einem Gesamtfeld addieren.
Das Feld hat die gleiche Wirkung wie das Feld eines Naturmagneten. Wir sprechen zur
Unterscheidung deshalb von einem elektromagnetischem Feld.
Unterschied:
Das natürliche Magnetfeld eines Magneten ist permanent vorhanden. Wir nennen das Ding
ja auch Permanentmagnet.
Das elektromagnetische Feld ist nur vorhanden wenn Strom fließt!!!!!!!!!
Aha, siehe Klingel, wenn ich auf den Knopf drücke, dann fließt Strom und das
elektromagnetische Feld zieht den Eisenklöppel an und es klingelt.
Sobald elektrische Felder auftreten, ist auch Spannung da! Und diese
Spannung setzt die Elektronen im Leiter in Bewegung, sobald der Leiter in ein
Feld eintaucht.
Ok, dass haben wir ja alles auf / in den schönen Bilden bei dwu gesehen.
Ich muß nachdenken!