Geschichte des Stroms
Bevor es um den Kern der Sache geht (was Strom ist und wie er funktioniert), ein kurzer Überblick zur Geschichte des Stroms, Beispiel: Wer entdeckte die Elektrizität?
- Entdeckung
Entdeckt wurde die Elektrizität Mitte des 6. Jahrhunderts vor unserer Zeitrechnung von Thales von Milet >>. Erfunden wurde elektrischer Strom nie, es handelt sich nämlich um ein Naturphänomen.
- Wann wurde Strom technisch nutzbar gemacht?
Der deutsche Physiker Otto von Guericke erfand 1672 eine Maschine, die elektrische Ladung erzeugen kann.
- Zwei unterschiedliche Ladungen
Der französische Wissenschaftler Charles du Fray wies 1733 die Existenz von zwei unterschiedlichen Ladungen nach, nämlich negativ und positiv.
- Elektrische Kondensatoren
Die ersten elektrischen Kondensatoren wurden 1745 und 1746 erfunden (von Ewald Georg von Kleist und Pieter van Muschenbroek).
- Elektrizität in der Natur
1752 wurde nachgewiesen, dass auch in der Natur Elektrizität vorkommt - und zwar in Form von Blitzen, dabei fällt mir der Blitz des Zeus >> ein.
Alessandro-Volta-Batterie
Die erste Batterie heißt Alessandro-Volta-Batterie und wurde um das Jahr 1800 gebaut, hier geht es um mittels Salzlösung erzeugte Elektrizität (Elektrolyse). Zum Thema Batterie: Es gibt den Mythos der Bagdad-Batterie. Achtung: Diese Geschichte ist stark umstritten! Der Zusammenhang zwischen Stromstärke, Widerstand und Spannung wurde 1826 vom Physiker Georg Simon Ohm erkannt. Werner von Siemens entwickelte 1866 die erste Dynamomaschine. Die Elektrifizierung der Welt war nun voll im Gange und was Deutschland betrifft: Im großen Stile nutzen Privathaushalte Strom seit den 1920er Jahren.
So, nun aber wirklich zum Kernthema:
Was ist Strom und wie funktioniert er?
Definition in der Physik: „Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung elektrischer Ladungsträger unter Einfluss eines elektrischen Feldes“.
Das ist Strom laut physikalischer Erklärung. Ist Ihnen mit dieser Definition zu Strom geholfen? Wahrscheinlich eher nicht. Sie möchten bestimmt lieber wissen, wie Strom tatsächlich funktioniert. Funktionsweise Strom - einfach erklärt:
Elektron, Atom, Proton, Neutron und Ion
Elektron, Atom, Proton, Neutron und Ion sind wichtige Begriffe. Wie Strom funktioniert, lässt sich ohne diese Begrifflichkeiten nicht erklären.
- Ahnung von Strom erlangen
Wie Strom funktioniert und warum Strom fließt, lässt sich anschaulich am Beispiel einer Taschenlampe erklären. Sobald eine Taschenlampe ON geschaltet wird, setzen sich haufenweise kleine Teilchen in Bewegung. Diese winzigen Teilchen werden Elektronen bezeichnet.
- Elektronen
Diese winzigen Elektronen bewegen sich immer in eine Richtung innerhalb vom Stromkreislauf der Taschenlampe. Die Batterie in der Taschenlampe ist an einem Punkt mit der Glühbirne über ein Stromkabel verbunden. Von diesem Punkt führt eine Verbindung (Stromleitung) zurück zur Batterie.
- Es fließe Strom
Nun fließen die Elektronen von der Batterie zur Glühbirne und von der Glühbirne zurück zur Batterie. Es fließt Strom, ständig in Bewegung.
- Warum fließt Strom?
Stellt sich die Frage, warum jetzt Strom fließt bzw. weshalb diese Elektronen ständig und unermüdlich fließen. Um dies zu klären gilt es, den Aufbau von einem Atom zu beleuchten.
- Atomkern: Neutron und Proton
Neutronen und positiv geladene Protonen bilden den Kern vom Atom. Negativ geladene Neutronen sind die Hülle vom Atom und schwirren um den Kern vom Atom herum.
- Positiv geladenes Atom: Ion
Sobald Elektronen von einem Atom getrennt werden, bleibt ein positiv geladenes Atom über. Dieses positiv geladene Atom nennt man Ion. Elektron und Ion sind über diese Trennung keineswegs glücklich und streben deshalb in den ursprünglichen Zustand zurück.
Zwischenstopp: Kann man ein Atom sehen?
EIN Atom kann mit dem menschlichen Auge nicht gesehen werden. Es gibt allerdings - wie es heißt - Methoden, um die äußeren Bereiche der Elektronenhülle darzustellen. Dabei handelt es sich um die Hülle, die den Atomkern umgibt. Die Abbildung (mittels Mikroskop oder anderen technischen Hilfsmitteln) der inneren Struktur eines Atoms (Protonen, Elektronen und [negative] Neutronen) ist derzeit (16. März 2024) mit technischen Mitteln nicht möglich.
Weiter im Text mit den Polen Plus und Minus:
Pluspol und Minuspol: Mangel und Überschuss
Am Pluspol der Batterie wird ein Mangel an Elektronen erzeugt. Am Gegenpol (Minuspol) der Batterie wird ein Überschuss an Elektronen erzeugt. Deshalb weist der Minuspol die Elektronen ab und schickt sie zum Pluspol. Der Stromfluss ist damit in Gang gesetzt. Elektronen streben stets nach einem neutralen Zustand (das ist die grundlegende Eigenschaft von Elektronen). Darauf basiert das Prinzip von elektrischem Strom. Je mehr Elektronen sich gleichzeitig durch das Kabel bewegen, desto höher ist die Stromstärke.
Ampere
Die Stromstärke wird in Ampere gemessen.
Spannung
Strom benötigt zwischen Pluspol und Minuspol eine Spannung (Spannung wird in Volt angegeben). Der Stromfluss stirbt ohne Spannung ab. Am Pluspol werden immer wieder Elektronen entfernt, damit die Spannung aufrechterhalten bleibt. Die unterschiedlichen Ladungen am Pluspol und am Minuspol lassen den notwendigen Druck – die Spannung – entstehen. Diese Spannung zwischen Pluspol und Minuspol bringt die Elektronen in Bewegung.
Reibung und Hitze
Die Glühbirne in der Taschenlampe leuchtet? Warum eigentlich? Der Draht in der Glühbirne ist sehr dünn und fein. Für die Elektronen stellt dieser Draht deshalb ein Hindernis dar. Vor dieser Barriere streuben sich die Elektronen zunächst und stauen sich vor dem Draht. Das nützt den Elektronen jedoch nichts. Die Elektronen müssen durch den dünnen und feinen Draht der Glühbirne. Im Draht der Glühbirne selber, sind die Elektronen eingezwängt. Deshalb reiben sie sich aneinander, wodurch Hitze entsteht. Diese Hitze bringt den Draht der Glühbirne zum Glühen und es entsteht Licht.
Widerstand
Der Begriff Widerstand ist im Zusammenhang mit Strom, ebenfalls zu nennen. Für Widerstand gibt es den Terminus Ohm (in der Fachsprache heißt es, die Einheit Ohm). Elektrischer Widerstand beschreibt das Verhältnis zwischen Stromstärke zu einer gegebenen Stromspannung. Wer Ohm als Symbol darstellen möchte, nutzt das große Omega:
Ω
In Bezug auf Strom sagt der elektrische Widerstand aus, wie hoch die Stromspannung (elektrische Spannung) sein muss, um eine bestimmte Stromstärke zu erreichen. Diese Stromstärke fließt durch den elektrischen Leiter, wie zum Beispiel dem Stromkreis in einer Taschenlampe.
Wechselstrom und Gleichstrom
Eine Stehlampe wird von einer Steckdose mit Strom beliefert. Stehlampen und Taschenlampen funktionieren ähnlich. Nur der Strom ist anders. Die Lieferung von Strom geschieht bei einer Taschenlampe mittels Batterie. Die Batterie liefert Gleichstrom. Elektronen fließen bei Gleichstrom immer in die gleiche Richtung. Eine Stehlampe zieht Wechselstrom aus der Steckdose. Wechselstrom lässt die Elektronen immer hin und her fließen. In Bruchteilen von Sekunden tauschen Pluspol und Minuspol beim Wechselstrom ihre Funktion.
Warum wird Wechselstrom genutzt?
Die Übertragung von Wechselstrom ist effizienter als die Übertragung von Gleichstrom. Überdies lässt sich Wechselstrom leichter umformen als Gleichstrom. Das ist wichtig, weil private Haushalte mit Niedrigspannung beliefert werden müssen. Die Stromnetze stehen jedoch unter Hochspannung.
AC und DC
Wechselstrom wird international alternating current bezeichnet. Daher stammt die Abkürzung AC. Direct current ist die internationale Bezeichnung für Gleichstrom. DC ist die Abkürzung für Gleichstrom. Auf Netzteilen / Stromnetzgeräten, ist zu lesen: AC / DC
Gleichrichter
Praktisch jedes elektrische Gerät im Haushalt mit elektronischer Schaltung, muss mit Gleichstrom betrieben werden. Aus der Steckdose kommt jedoch Wechselstrom. Die Wandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom wird im Netzteil / Stromnetzgerät des elektrischen Gerätes durchgeführt. Dafür steht die Abkürzung AC / DC. Die Wandlung von Wechselstrom in Gleichstrom führt der Gleichrichter >> durch.
Strom WATT?
Bei elektrischen Geräten, wie Bohrmaschinen, Waschmaschinen, etc. wird der Begriff Watt genannt (Abkürzung: W), dabei handelt es sich um eine Leistungsangabe. Bei elektrischen Geräten in Hinsicht auf Strom, errechnet sich Watt nach der Formel: Volt x Ampere = Leistung in Watt.
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