Einführung in die Elektrizität: Geschichte und Grundlagen

Die Geschichte und Grundlagen der Elektrizität

Geschichte der Elektrizität

Das Wort Strom (Elektrizität) leitet sich vom griechischen Wort "elektron" ab, was "Bernstein" bedeutet. Diesen Namen erhielt die Elektrizität, weil die alten Griechen fossiles Harz (Bernstein) als Schmuck verwendeten und dabei interessante Entdeckungen machten.

• Thales von Milet: Er wies darauf hin, dass beim Reiben von Bernstein mit einem Tuch aus Seide, Wolle oder Haut eine Kraft entsteht, durch die leichte Materialien angezogen werden.
• William Gilbert: Er stellte fest, dass dieses anziehende Verhalten nicht nur bei Bernstein auftritt, sondern auch bei vielen anderen Substanzen.

Was verursacht diese Phänomene?

Diese Phänomene werden durch das Verhalten der Atome eines jeden Materials verursacht. Man nennt diese Form der Elektrizität elektrostatische Elektrizität (Elektrostatik).

Elektrostatische Naturerscheinungen

Naturerscheinungen, die mit elektrostatischer Elektrizität in Verbindung gebracht werden, sind unter anderem:

• Gewitter und Blitze
• Elektroschocks und elektrische Entladungen bei einigen Fischen (wie Zitteraalen, Zitterrochen bzw. Torpedofischen etc.)

Wegbereiter der modernen Elektrizität

• Alessandro Volta: Er baute den ersten elektrischen Generator, die sogenannte Voltasche Säule (Stack).
• Hans Christian Oersted: Er entdeckte, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugen kann.
• Michael Faraday: Er baute auf den vorangegangenen Untersuchungen auf und zeigte, dass ein Magnetfeld wiederum einen elektrischen Strom erzeugen kann.
• Thomas Alva Edison: Er patentierte die Glühbirne mit einem Kohlefaden aus Bambus.
• Nikola Tesla: Er schuf den ersten Generator für Wasserkraftwerke an den Niagarafällen, um Wechselstrom zu erzeugen, mit dem 50.000 Lampen in New York beleuchtet wurden.

Der Aufbau der Materie

Welche Rolle spielen Atome?

Die Materie ist aus Elementarteilchen aufgebaut, den sogenannten Atomen.

Wie ist ein Atom aufgebaut?

Ein Atom besteht aus einem Kern und einer Hülle (Kruste).

Die elektrische Ladung eines Körpers

Im Atomkern befinden sich die Protonen und Neutronen. In der Hülle befinden sich die Elektronen.

• Neutronen: Sie haben keine Ladung (sind neutral).
• Protonen: Sie sind positiv geladen.
• Elektronen: Sie sind negativ geladen.

Wann ist ein Atom negativ geladen?

Ein Atom ist negativ geladen, wenn ein Überschuss an Elektronen vorliegt (sich also viele Elektronen darin befinden).

Wann ist ein Atom elektrisch neutral?

Ein Atom ist neutral, wenn die Anzahl der Protonen und Elektronen genau gleich ist.

Wovon hängt das Vorzeichen der Ladung ab?

Das Vorzeichen der Ladung hängt davon ab, ob die Anzahl der positiven oder der negativen Ladungsträger überwiegt.

Elektrischer Strom und Stromrichtung

Elektrischer Strom: Der elektrische Strom ist die kontinuierliche und geordnete Bewegung (Verschiebung) von Elektronen entlang eines Leiters.

Technische vs. tatsächliche Stromrichtung

Die vereinbarte (konventionelle) Stromrichtung verläuft von Plus nach Minus. In der Realität sind die bewegten elektrischen Ladungen jedoch die Elektronen, weshalb die tatsächliche physikalische Bewegung von Minus nach Plus erfolgt.

Leitfähigkeit von Materialien

Materialien, die elektrischen Strom leiten können, gibt es in verschiedenen Aggregatzuständen: fest, flüssig und gasförmig.

• Leiter (Conductors): Diese lassen den elektrischen Strom leicht hindurchfließen. Silber ist der beste elektrische Leiter.
• Isolatoren: Sie lassen den elektrischen Strom nicht so leicht hindurchfließen. Beispiele hierfür sind Holz, Plastik, Wolle, Keramik, Kork, Kautschuk und Gips.
• Halbleiter: Diese Materialien leiten den Strom in Abhängigkeit von der Temperatur oder anderen physikalischen Bedingungen.

Können auch Flüssigkeiten und Gase Strom leiten?

Ja, auch durch bestimmte Flüssigkeiten und Gase kann elektrischer Strom fließen, sodass sie nicht zwingend isolierend wirken.