Grundlagen der Elektrizität: Strom, Widerstand & Generatoren

Grundlagen des Gleichstroms & Potentialdifferenz

Der Gleichstrom (DC) ist der elektrische Strom, der immer in die gleiche Richtung fließt. Der Stromfluss wird durch drei miteinander verbundene Größen bestimmt. Die erste ist die Potentialdifferenz über die Strecke, die manchmal auch als elektromotorische Kraft oder Spannung bezeichnet wird.

Aufbau und Funktion eines Stromaggregats

Ein Stromaggregat (Generator) besteht aus einer rotierenden Drahtspule in einem Magnetfeld. Der Magnet dient als Stator und die Spule als Rotor.

Klassifizierung von Stromgeneratoren

Generatoren werden nach der Art des erzeugten Stroms und ihrer Funktionsweise wie folgt eingestuft: elektromechanische Generatoren, elektrochemische Generatoren und Photovoltaik-Generatoren (Solarzellen). Man unterscheidet zudem zwischen Gleichstrom- (DC) und Wechselstrom- (AC) Generatoren.

Die Richtung des elektrischen Stroms

Wenn eine externe Spannungsquelle (z.B. eine Batterie) an die Enden eines leitenden Materials angelegt wird, führt dies zur Anwendung eines elektrischen Feldes auf die freien Elektronen. Dieses Feld bewirkt, dass sich die Elektronen in Richtung des positiven Pols des Materials bewegen (die Elektronen werden vom positiven Pol angezogen und vom negativen Pol abgestoßen).

Definition des elektrischen Widerstands

Der elektrische Widerstand eines Materials ist der Widerstand, den es dem Fluss der Elektronen entgegensetzt. Der Widerstand R ist gegeben durch die Formel R = U / I. Die SI-Einheit des Widerstands ist Ohm (Ω), definiert als Volt pro Ampere (V/A). Ein Ohm ist demnach: 1 Ω = 1 V / 1 A.

Das Ohmsche Gesetz erklärt

Nach dem Ohmschen Gesetz ist die Stromstärke (I) durch einen Stromkreis, der aus reinem Widerstand besteht, direkt proportional zur angelegten elektromotorischen Kraft (U) und umgekehrt proportional zum gesamten Schaltungswiderstand (R). Dieses Gesetz wird üblicherweise durch die Formel I = U / R ausgedrückt.

Definition der Einheiten Ohm und Watt

• Ohm (Ω): Wird als der elektrische Widerstand definiert, den eine Quecksilbersäule von 106,3 cm Länge und 1 Quadratmillimeter Querschnitt dem Durchgang von elektrischem Strom entgegensetzt.
• Watt (W): Ist die Einheit der Leistung im Internationalen Einheitensystem (SI). Es ist das Äquivalent zu einem Joule pro Sekunde (1 J/s).

Was ist die elektromotorische Kraft (EMK)?

Die elektromotorische Kraft (EMK) ist die Energie, die von einer Quelle (z.B. einer Batterie oder einem Generator) bereitgestellt wird, um elektrischen Strom zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur

Der Widerstand eines Materials ist ein entscheidender Wert bei der Berechnung seines Verhaltens. Der Widerstand eines metallischen Leiters steigt mit zunehmender Temperatur. Dieser Anstieg hängt von der Temperaturhöhe und dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands (α) ab, der definiert ist als die Änderung des spezifischen Widerstands pro Grad Celsius (oft bezogen auf 0 °C oder 20 °C).