Grundlagen der Elektrotechnik und Energieerzeugung

Grundlagen der Elektrizität

Die elektrische Ladung: Atome bestehen aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese besitzen eine elektrische Ladung.

Elektrischer Strom: Er besteht aus einer Bewegung elektrischer Ladungen durch ein leitendes Material wie Kupfer oder Aluminium.

Stromerzeugung: Ein Gerät erzeugt und erhält die Spannung aufrecht, um eine elektrische Strömung zu produzieren.

Stromkreise: Diese bestehen aus einem Generator und mehreren miteinander verbundenen Elementen sowie Kabeln.

Möglichkeiten zur Erzeugung von elektrischem Strom

• Durch chemische Reaktionen
• Durch Druck
• Aus Bewegung
• Aus Licht

Spannungsversorgung: Energie ist erforderlich, um den Fluss der Ladungen zu reproduzieren.

Stromstärke: Sie ist die Menge der elektrischen Ladung, die in einer bestimmten Zeit durch einen Abschnitt eines Leiters fließt. Die Stromstärke ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand.

Elektrischer Widerstand: Er beschreibt den Grad der Fähigkeit eines Materials, den Durchgang von elektrischem Strom zu ermöglichen. Ohmsches Gesetz: V = I · R; I = V / R; R = V / I.

Elektrische Leistung: P = U · I

Elektrische Energie: E = P · t = (U · I) · t

Elektrische Induktion: Bei der Annäherung und Bewegung eines Leiters an einen Magneten wird direkt im Leiter ein elektrischer Strom erzeugt.

Wechselstrom (AC): Hierbei ändert sich das Vorzeichen periodisch. Er hat keine feste Polarität, wird durch Generatoren produziert und in Haushalten sowie Fabriken verwendet.

Gleichstrom (DC): Er behält seine Polarität bei und wird über Batterien und Dynamos gewonnen.

Dynamo: Eine Maschine, die dazu dient, kontinuierlich Strom zu erzeugen.

Komponenten eines Elektromotors

• Stator: Fester Bestandteil des Motors und des Gehäuses.
• Rotor: Der Teil, der sich dreht.
• Induktivitäten: Miteinander verbundene Teile, die das Magnetfeld erzeugen.
• Induzierte Wicklung: Besteht aus einer oder mehreren Spulen.
• Kollektor: Zuständig für die Stromführung zur Spule.
• Bürsten: Übertragen die Kraft auf den Kollektor.

Energieerzeugung und Kraftwerke

Turbine: Ein Satz von Klingen, die auf einer Welle befestigt sind, auf die ein Flüssigkeitsdruck wirkt, der sie zum Drehen bringt.

Kraft-Wärme-Kopplung: Ein Verfahren, bei dem gleichzeitig elektrische Energie und thermische Nutzenergie gewonnen werden.

Kernkraftwerke: Die Energie, die den Rotor des Generators bewegt, wird aus Dampf gewonnen, der mit kochendem Wasser in einem Kernreaktor erzeugt wird.

Wasserkraftwerke: Eine angetriebene Turbine dreht sich durch die Kraft des fallenden Wassers, das in einem Stausee gespeichert ist.

Solarenergie (mittlere Temperatur): Sonnenstrahlung trifft auf Kollektoren (Spiegel), die auf eine reduzierte Oberfläche konzentriert sind. Dort werden hohe Temperaturen gespeichert und die Wärme erzeugt Dampf, der die Turbine antreibt.

Solarenergie (Hochtemperatur): Sonnenstrahlung trifft auf eine große, mit Spiegeln abgedeckte Fläche, welche die Strahlung in einen Sammler auf einem Turm leitet, wo sich die Turbine befindet.

Windenergie: Windturbinen besitzen Klingen, die durch die Luft bewegt werden, was wiederum die Achse dreht, die an den Stromerzeuger angeschlossen ist.

Transformatoren: Geräte, die verwendet werden, um die Spannung eines Wechselstromkreises zu erhöhen oder zu verringern. Sie bestehen aus zwei Spulen, die um einen Eisenkern gewickelt sind (Primär- und Sekundärspule).

Stromnetz: Die elektrische Verteilung erfolgt durch die Verbindung zwischen Kraftwerken und unseren Häusern.