Grundlagen der Elektrizität und Energieformen

Leydener Flasche

Im Jahre 1746 gelang es dem Wissenschaftler Peter van Musschenbroek von der Universität Leiden in Holland, Strom in einer mit Wasser gefüllten Flasche zu speichern. Hierfür führte er einen Metallstab durch den Korken in das Wasser. Der Stab besaß an der Oberseite einen Haken, an den ein elektrisch geladener Körper angenähert wurde. In einem seiner Versuche erhielt er einen elektrischen Schlag, als er seine Hand an die Stange brachte: Er hatte erfolgreich Strom gespeichert.

Kurz darauf wurde das Gerät als Leidener Flasche bekannt. Diese wurde durch den englischen Naturforscher William Watson, der die Flasche mit Zinnfolie umwickelte, und den Franzosen Jean-Antoine Nollet, der das Wasser durch Zinn ersetzte, perfektioniert. Die Entladung war so stark, dass die Leidener Flasche häufig bei öffentlichen Demonstrationen genutzt wurde, um die enorme Kraft der Elektrizität zu veranschaulichen.

Drehwaage

Die Drehwaage besteht aus einem Stab, der an einem Glasfaden hängt, welcher verdreht werden kann. Wenn sich der Stab dreht, versucht der Faden, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Schließlich wird ein Gleichgewicht in einem bestimmten Winkel erreicht. Dieser Winkel ist proportional zur Kraft, die auf den Faden wirkt, was das Gerät zu einem sehr sensiblen Mechanismus zur Messung von Kräften macht.

Elektroskop

Das Elektroskop ist ein einfaches Gerät, das auch heute noch zur Messung elektrischer Ladungen verwendet wird. Es besteht aus einer Metallstange, die an der Spitze in einer kleinen Kugel endet und an der Unterseite zwei dünne Metallblättchen (meist Blattgold) besitzt. Diese Stange ist durch ein Glasgefäß von der Außenwelt isoliert.

Wenn man die Metallkugel mit einem geladenen Körper berührt, stoßen sich die Blattgold-Lamellen aufgrund der gleichnamigen elektrischen Ladung ab. Dadurch lässt sich nicht nur bestimmen, ob ein Körper elektrisiert ist, sondern auch die Ladungsmenge messen, da der Trennungswinkel der Lamellen direkt proportional zur Ladung ist. Zu diesem Zweck ist das Gerät meist mit einer Skala versehen. Das Elektroskop kann auf zwei Arten genutzt werden: durch direkten Kontakt mit dem geladenen Körper oder durch Annäherung ohne Berührung.

Elektrisierung der Materie

Materie besitzt elektrische Eigenschaften. Naturereignisse wie Gewitter zeigen die Auswirkungen von Elektrizität deutlich. Da alle Materie Teilchen enthält, die Strom leiten können, lässt sich feststellen: Elektrizität ist eine Eigenschaft aller Materie. Die Elektrisierung entsteht durch den Elektronentransfer zwischen Körpern. Ein Körper ist negativ geladen, wenn er einen Überschuss an Elektronen aufweist, und positiv, wenn er Elektronen verloren hat.

Energiequellen

Energie ist die Fähigkeit eines Systems, Veränderungen zu bewirken:

• Mechanische Energie: Bezieht sich auf Bewegung (kinetische Energie) und die Position von Objekten (potentielle Energie).
• Innere Energie: Resultiert aus der thermischen Bewegung der Teilchen, ihrer Organisation, chemischen Bindungen und der Energie der Atomkerne.
• Strahlungsenergie: Energie, die wir in Form von elektromagnetischer Strahlung erhalten (sichtbar oder unsichtbar, wie Radiowellen, Mikrowellen etc.).

Die Energie wird weder erzeugt noch vernichtet, sondern lediglich umgewandelt.

Kernenergie

Kernkraftwerke nutzen zur Energiegewinnung keine fossilen Brennstoffe wie Kohle oder Gas, sondern radioaktive Elemente wie Uran (U) oder Plutonium (Pu). Da keine Verbrennung stattfindet, werden keine Schadstoffe in die Atmosphäre abgegeben. Uran-Atome werden in leichtere und stabilere Atome umgewandelt, wobei eine enorme Menge an Energie freigesetzt wird.

Erneuerbare Energien

Eine Energiequelle gilt als erneuerbar, wenn die Regenerationsrate gleich oder größer als der Verbrauch ist. In unserer Zeitskala sind diese Quellen, solange die Sonne strahlt, praktisch unerschöpflich.