Einführung in die Elektrizitätslehre

Grundlagen der Elektrizität

Der elektrische Stromkreis

Ein elektrischer Stromkreis ist ein Weg, den Elektronen durchlaufen. Er besteht aus:

• einem Generator
• einem Leiter (Draht)
• einem Schalter
• einem Empfänger

Elektrischer Strom wird definiert als das kontinuierliche Fließen von elektrischer Ladung (Elektronen) durch einen Stromkreis.

Materialarten

• Leiter: Sie besitzen Elektronen, die sich leicht bewegen können.
• Isolatoren: In ihnen können sich die Elektronen nicht frei bewegen.
• Halbleiter: Sie besitzen Eigenschaften, die ein Mittelding zwischen Leitern und Isolatoren darstellen.

Elektrische Kenngrößen und Gesetze

Elektrischer Widerstand des Materials: Dies ist der Widerstand, den ein Material dem elektrischen Strom entgegensetzt. Der Widerstand steigt mit der Kabellänge und sinkt mit zunehmender Dicke.

Spannung oder Potenzialdifferenz: Die Energiemenge, die eine Batterie oder ein Akku jedem Elektron bereitstellen kann. Die Spannung wird in Volt gemessen.

Die elektrische Stromstärke: Die Ladung oder die Anzahl der Elektronen, die den Querschnitt eines Leiters pro Sekunde durchfließen.

Das Ohmsche Gesetz: Bei jedem Material, das dem Durchgang von Elektrizität Widerstand entgegensetzt, ist der Widerstand das Verhältnis zwischen der an seinen Enden angelegten Spannung und der Stromstärke, die hindurchfließt.

Wärmeenergie: Die Erzeugung von Wärme durch den elektrischen Strom ist unter dem Namen Joule-Effekt bekannt.

Energiequellen

In thermischen oder thermonuklearen Kraftwerken werden fossile Brennstoffe verbrannt oder durch die Kernspaltung radioaktiver Atomkerne Energie freigesetzt, um Wasserdampf zu erzeugen. Wasserkraftwerke erzeugen elektrischen Strom aus der Kraft des Wassers. Diese drei sind konventionelle Energiequellen.

Alternative Energiequellen produzieren weniger Strom, sind aber auch weniger schädlich für die Umwelt. Die wichtigsten sind: Sonne, Wind und Biomasse.

Transport elektrischer Energie

Der Transport elektrischer Energie gliedert sich in drei Verfahren:

1. Erhöhung der Spannung: Die Ausgangsspannung des Kraftwerks wird durch Transformatoren auf sehr hohe Werte angehoben.
2. Konstruktion und Bau von Stromleitungen: Die Route der Stromleitungen verläuft über Masten, die die Kabel tragen.
3. Reduzierung der Spannung: Umspannwerke sind zwischen den Hochspannungsleitungen und den Endverbrauchern installiert. Diese reduzieren die Spannung mithilfe von Transformatoren.