Grundlagen der Elektrizität: Oersted, Relais, Motoren & Generatoren

Oersted-Experiment: Schlussfolgerungen

Die Schlussfolgerungen des Oersted-Experiments zeigen die fundamentale Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Ein elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld, das auf andere Magnete oder elektrische Schaltkreise wirkt.

Funktion und Aufbau eines Relais

Die Funktion eines Relais basiert auf der Umsetzung des Elektromagnetismus. Der Elektromagnet zieht einen Stahlanker (oder eine Stahlplatte) an, um elektrische Kontakte zu schließen oder zu öffnen. Wird der Strom unterbrochen, bringt eine Feder den Anker in seine Ausgangsposition zurück.

Es gibt Zweikreis-Relais, bei denen zwei dieser Schaltungen unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Der Elektromotor: Aufbau und Funktionsweise

Komponenten des Elektromotors

• Rotor
• Spule (Induktivität)
• Stator (Induktivitäten, Magnete)
• Bürsten
• Kommutator (Sammler)

Der Betrieb von Elektromotoren ist eine der effizientesten und leisesten Methoden zur Umwandlung von Energie. Sie wandeln elektrische Energie in mechanische Bewegung um, was einen offensichtlichen Vorteil beim Start durch einfaches Drücken eines Schalters darstellt.

Gleichstrommotor (DC-Motor)

Der Betrieb des DC-Motors basiert auf den Kräften der Anziehung und Abstoßung, die zwischen den Magneten und den stromführenden Teilen des Schaltkreises auftreten.

Wechselstromerzeugung und Kenngrößen (Lichtmaschine)

Bei der Lichtmaschine (Generator) induzieren regelmäßige Bewegungen Strom in der Spule. Die Intensität und die Potenzialdifferenz (Spannung) variieren dabei zyklisch.

Kenngrößen des Wechselstroms

Periode (T)

Die Periode ist die Zeit, die für einen vollständigen Zyklus benötigt wird. Die Zeit, in der sich die Richtung des Stroms ändert, wird als Alternation bezeichnet. Ein vollständiger Zyklus besteht aus zwei Alternationen.

Frequenz (f)

Die Frequenz ist die Anzahl der vollständigen Zyklen pro Sekunde (Hertz). Die Drehzahl des Rotors der Lichtmaschine muss mit der Frequenz harmonieren. Die Frequenz ist der Kehrwert der Periode.

Thermische Leistungserzeugung

Ein thermischer Generator bewegt den Rotor, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Anlage erzeugt Dampf, indem Wasser in einem Kessel zum Kochen gebracht wird. Hochdruckdampf trifft auf die Turbinenflügel und setzt diese in Bewegung. Zur Erzeugung der Hitze werden Brennstoffe wie Kohle oder Gas verwendet.

Stromerzeugung durch eine chemische Reaktion

Die ideale Lösung zur Stromerzeugung durch eine chemische Reaktion besteht darin, zwei verschiedene Metalle in eine geeignete Lösung (Elektrolyt) zu bringen. Wenn diese Metalle durch einen Leiter verbunden werden, findet eine chemische Reaktion statt, bei der sich das Metall auflöst und gleichzeitig elektrischer Strom erzeugt wird.

Der Photoelektrische Effekt

Wenn Licht (Photonen) auf eine Metallplatte trifft, werden einige der Elektronen freigesetzt (Photoelektrischer Effekt).