Der elektrische Strom. (Eine Übersicht )

Der elektrische Strom.
(Eine Übersicht )
Bh 08.07
Die Bezeichnung „Strom“ soll auf eine Strömung hinweisen, nämlich die gerichtete Bewegung von
Ladungsträgern (Ionen und/ oder Elektronen).
In metallischen Leitern sitzen die Ionen fest in der Gitterstruktur der Materie, während die Elektronen leicht
verschiebbar sind. Je nach Art des reinen Metalls sind pro Volumen mehr oder weniger verschiebbare Elektronen
anzutreffen, deren Beweglichkeit im Gitter sich iunterscheidet, und so ergeben sich unterschiedliche
Leitfähigkeiten („Kupfer leitet den Strom besser als Aluminium, Silber besser als Gold").
Vom Zustand des Ionengitters (Temperatur, mechanische Verformung z.B.) hängt die Beweglichkeit der
Elektronen ab, d.h. die Leitfähigkeit des einzelnen Metalls ist durch diese Einflüsse veränderlich.
Für die weiteren Betrachtungen soll die Leitfähigkeit eines Metalls als konstant angesehen werden.
Ein idealer Nichtleiter besitzt demnach keine verschiebbaren Elektronen, (da sie fest ins Gitter eingebaut sind).
Isolierstoffe aus Kunststoff oder Keramik besitzen solche Eigenschaften.
Um den elektrischen Strom dort zu halten, wo er seinen Dienst verrichten soll, braucht man also beide: sowohl
Leiter als auch Isolierstoffe.
Wenn man nun einen elektrischen Strom in einem metallischen Leiter erzeugen will, muss man dafür sorgen,
dass die Elektronen eine gerichtete Bewegung annehmen. Dazu ist eine Energie erforderlich: die elektrische
Energie. Diese entsteht wiederum aus irgendeiner anderen Energie, und zwar unter Verwendung eines
Energiewandlers (Generators).
Ein solcher Generator muss die Fähigkeit haben, Ladungen zu trennen. So wird ein Spannungszustand aufgebaut,
d.h. eine elektrische (Ur-) Spannung, denn die getrennten Ladungen haben das Bestreben, sich wieder auszugleichen.
(Erfolgt die Ladungstrennung in nur einer Richtung, so entsteht eine Gleichspannung; bei wechselnder Richtung
eine Wechselspannung. Auf welche Weise die Ladungstrennung erfolgen kann, wird a.a.O. dargestellt.)
Ein Ladungsausgleich erfolgt (durch den dann fließenden Strom) gezielt nach den Wünschen des Nutzers, indem
er entsprechende elektrische Geräte anschließt, welche von den Elektronen durchströmt werden, wobei sie die
elektrische Energie wieder umsetzen in die nun gewünschte Form (Wärme durch Heizgeräte, Glühlampen;
mechanische Energie durch Motoren usw. ).
Damit ein solcher Strom fließen kann, muss der Stromkreis demnach geschlossen sein; die Elektronen können also
nicht etwa aus einer Steckdose fallen.
Soll ein elektrischer Strom dauernd fließen , muss zudem der Generator die Spannung, d.h. die Ladungstrennung ,
dauernd aufrecht erhalten. Dazu muss eine andere Energie eingesetzt werden, in den meisten Fällen ist es
mechanische Energie, die nun wiederum aus sogen. Primärenergie gewonnen wird.
In thermischen Kraftwerken werden Kohle, Gas oder Erdöl verheizt, um mit Hilfe des erzeugten Dampfes
die Turbinen anzutreiben, die nun ihrerseits die Generatoren rotieren lassen. In den Kernkraftwerken wird
die Prozesswärme (kontrollierte Kernspaltung) zur Dampferzeugung genutzt.
Beim Fahrrad- Dynamo wird die mechanische Energie in bekannter Weise vom Laufrad übertragen.
Beim „chemischen Kraftwerk“ Batterie wird chemische Energie in elektrische umgesetzt, bei der Solarzelle
(Voltaik) die Lichtenergie.
In jedem dieser Fälle gilt: Durch Ladungstrennung wird eine Ur- spannung erzeugt, welche in der Lage ist,
einen Strom durch das Leitungsnetzwerk zu treiben. Und nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist, kann ein
dauernder Strom fließen, findet ein Ladungsausgleich statt.
Das kann manchmal sehr spektakulär sein: bei der Blitzentladung ! Aufgrund der Witterungsverhältnisse hat
zuvor eine Ladungstrennung stattgefunden, so dass die Wolken riesige Mengen überschüssige negative
Ladung aufweisen, während der Erdboden entsprechende positive Ladung unterhalb der Wolken ansammelt
(Urspannung !). Wächst diese Spannung so weit an, dass die Luft nicht mehr genügend isolieren
kann, so wird die Luft für kurze Zeit in einem (Blitz-) Kanal leitend, der Blitzstrom entlädt den „Generator“. Dabei
wird wiederum elektrische Energie in Wärme und mechanische Energie umgesetzt, z.T. mit erheblichen Schäden,
weil riesige Energien in kurzer Zeit und auf engem Raum umgewandelt werden.
Die Erscheinung der statischen Aufladung im häuslichen Bereich ist ebenfalls daran gebunden, dass eine Ladungstrennung erfolgen kann, ohne die Möglichkeit, sich sofort wieder auszugleichen. Voraussetzung ist demnach ein
Kunststoff- Teppich (schlechter Leiter) und trockenes Wetter (geringe Luftfeuchtigkeit).
Zum Begriff „Stromverbrauch“: Dieser Begriff ist irreführend ! Aus den o.a. Gegebenheiten geht klar hervor,
dass der Strom keineswegs verbraucht wird, sondern die elektrische Energie in eine andere Energieform überführt
wird. Die zugeführte elektrische Energie wird gemessen (kWh- Zähler) und bezahlt (zuzüglich anderer Kosten).
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