Grundlagen der Elektrizität: Stromkreise & Komponenten

Grundlagen der Elektrizität

Atomare Bestandteile und Ladung

Die Materie besteht aus Atomen, die wiederum aus kleineren Teilchen aufgebaut sind. Diese Teilchen besitzen unterschiedliche elektrische Ladungen:

Elektrische Ladung und Strom

Elektrische Ladung entsteht durch einen Überschuss oder Mangel an Elektronen in einem Körper. Sie wird in der Einheit Coulomb (C) gemessen.

Bewegung des elektrischen Stroms

Der elektrische Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern, meist Elektronen. Damit Strom fließen kann, sind zwei Bedingungen notwendig:

• Freie Elektronen: Materialien wie Metalle (Leiter) besitzen viele freie Elektronen, die sich bewegen können. Isolatoren hingegen haben kaum freie Elektronen.
• Potenzialdifferenz (Spannung): Eine Spannungsquelle erzeugt einen Unterschied im elektrischen Potenzial, der die Elektronen antreibt.

Man unterscheidet zwei Hauptarten von Strom:

• Gleichstrom (DC): Elektronen bewegen sich stets in die gleiche Richtung.
• Wechselstrom (AC): Die Richtung der Elektronenbewegung ändert sich periodisch, typischerweise erzeugt durch Generatoren wie Lichtmaschinen.

Intensität des elektrischen Stroms

Die Intensität eines Stroms (auch Stromstärke genannt) ist die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeiteinheit den Querschnitt eines Leiters durchquert. Sie wird in der Einheit Ampere (A) gemessen.

Elektrische Schaltelemente

Elektrische Schaltelemente sind Komponenten, die in einem Stromkreis miteinander verbunden werden, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Damit Strom fließen kann, muss der Stromkreis geschlossen sein. Der Strom fließt dabei von einem Pol der Spannungsquelle zum anderen.

Generatoren (Stromerzeuger)

Generatoren wandeln andere Energieformen in elektrische Energie um. Hier sind einige Beispiele:

• Lichtmaschine: Wandelt mechanische Energie in Wechselstrom um.
• Dynamo-Generator: Wandelt mechanische Energie in Gleichstrom um.
• Batterien: Erzeugen durch chemische Reaktionen Gleichstrom.
• Photovoltaik-Zellen (Solarzellen): Wandeln Lichtenergie in Gleichstrom um, indem sie eine Potenzialdifferenz erzeugen.

Anschluss von Generatoren

Generatoren können auf verschiedene Weisen miteinander verbunden werden:

• Reihenschaltung: Generatoren werden hintereinander geschaltet (z.B. der Minuspol des einen an den Pluspol des nächsten). Die Gesamtspannung ist die Summe der Einzelspannungen.
• Parallelschaltung: Generatoren werden parallel geschaltet (alle Pluspole miteinander und alle Minuspole miteinander). Die Spannung bleibt gleich, aber der maximal lieferbare Strom erhöht sich.

Empfänger (Verbraucher) im Stromkreis

Empfänger sind Elemente, die elektrische Energie in eine andere Energieform umwandeln:

• Motoren: Wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um (für Gleich- und Wechselstrom).
• Lampen: Wandeln elektrische Energie in Lichtenergie um.
• LED (Light Emitting Diode): Ein Halbleiterelement, das elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlässt und elektrische Energie in Licht umwandelt.
• Summer (Buzzer): Wandelt elektrische Energie in Schallenergie um.
• Lautsprecher: Wandelt elektrische Energie in Schallenergie um (ähnlich wie ein Summer).
• Widerstände: Reduzieren den Stromfluss. Sie können dabei auch Wärme und Licht erzeugen.