Elektrizität

Wie wird die Elektrizität transportirt? Wird der Strom wellenmäßig wie Schall durch das Kabel geleitet oder ist es ein unsichbarer Stoff, der über die Leitung gleitet?

Stromkabel, die ganze Städte miteinander verbinden, haben 100.000 V oder mehr. Wie lässt sich die Spannung auf 230 V bringen?

Weis jemand wie der Strom fließt?

MfG Ponek

Das sind ja gleich drei Fragen auf einmal! Da muß ich doch gleich mal ein Überaschungsei auspacken :-)

Elektrizität wird in elektrischen Leitern transportiert. Das sind Substanzen, in denen Elektronen (elektrisch geladene Teilchen) relativ frei beweglich sind. Strom ist einfach Bewegung von elektrischer Ladung, im Draht also von Elektronen.

Nun ist es aber nicht so, dass die Elektronen vom E-Werk in unser Haus fließen. Vielmehr fließt in unseren Leitunge Wechselstrom, das heißt, dass die Elektronen immer nur ein Stück hin- und her wandern. Insofern ist die Vorstellung von Wellen, die durch die Kabel wandern, nicht so ganz falsch, wenngleich es sich nicht um Schallwellen handelt. Man kann aber auch Energie mit Gleichstrom übertrafgen, da fließen die Elektronen wirklich von der Stromquelle zum Verbraucher (und durch den anderen Draht wieder zurück).

Der Energieübertrag (das ist das, woran wir eigentlich interessiert sind, und auch das, was die "Stromzähler" in Wahrheit messen – Kilowattstuinden sind eine Energieeinheit!) passiert aber letztlich über das elektromagnetische Feld.

Die Angabe "Volt" bezieht sich auf die Spannung. Die besagt, wieviel Energie an ein geladenes Teilchen (im Draht also an ein Elektron) abgegeben wird, das diese Spannung durchläuft. Die Stromstärke hingegen sagt, welche Ladung (wie viele Elektronen) pro Sekunde durch den Draht fließen.

Die Umsetzung der Spannung erfolgt durch einen Transformator. Etwas vereinfacht wird da die Energie der Elektronen im einen Draht verwendet, um Energie auf Elektronen in einem anderen Draht zu übertragen. Die Umsetzung von einer hohen auf eine niedrige Spannung bedeutet dabei, dass die hohe Energie weniger Elektronen (hohe Spannung, geringe Stromstärke) auf viele Elektronen verteilt wird (hohe Stromstärke), die dafür jeweils weniger Energie abbekommen (geringe Spannung). Die Gesamtenergie pro Zeiteinheit (Produkt aus Spannung und Stromstärke) bleibt dabei gleich (wenn man von Verlusten im Transformator absieht).

Die hohe Spannung wird bei der Übertragung verwendet, weil durch die geringere Stromstärke auch geringere "Reibungsverluste" im Draht anfallen.

Ok, das ist jetzt alles stark vereinfacht, aber so ungefähr stimmts schon.

Haben die Elektronen eine Masse? Ich denke schon, denn dann würden sie in einer Glübirne in Photonen umgewandelt werden.

Stimmt das so?

Elektronen haben keine Ruhemasse, sonst würde ein Stromkabel anschwellen, wenn elektrizität durchfliesst.

Elektronen kreisen um den Atomkern und bilden so Hüllen. Einige Hüllen oder Elektronen sind transportfähig. Jeder Widerstand im Transport fürht zu einem Verlust, der sich in einer Temperaturdifferenz bemerkbar macht. Nur bei Supraleitern gibt es diesen Effekt nicht und so das Thermodynamische Gesetz nur träge der Feldtheorie folgt. Spannung könnte man als Elektronengeschwindigkeit sehen und Strom als elektromagnetisches Feld, dessen Abhängigkeit zu einem Widerstand im Kreislauf steht. Siehe die Formel: URI (Spannung U mal Widerstand R ist Strom I) Damit nun eine elektrische Leistung erkannt werden kann, gilt bei Gleichstrom das einfache multiplizieren von Spannung und Strom. Das hieraus gewonnene Ergebnis in Watt, ist bis in den Promillebereich genau, nach einer galvanischen Lehre. Die Galvanische Lehre beschreibt unterschiedliche Hüllen oder Ladungsverhalten von Atomen dadurch, dass zwischen zwei Unterschiedlichen Stromleitern eine Isolierschicht einen Naturschwingkreis bildet und dieser durch einen Kurzschluss elektrische Energie in Form von Gleichstrom liefert. So wie hier elektrische Energie direkt aus der Natur gewonnen wird. kann Strom auch künstlich hergestellt werden. Künstlich hergestellter Strom wird mit Hilfe von Magnetischen Feldern erzeugt, deren Polarisierungswechsel einen unendlichen Spannungsimpuls hervorrufen, dieser wiederum durch den sogenannten Innenwiderstand den Strom bestimmt. Strom wird immer galvanisch übertragen und magnetisch gesendet. Dieser Zusammenhang ist für die Funkübertragung von großer Bedeutung und in diesem Sinne auch die Lichtgeschwindigkeit in Verbindung des Thermodynamischen Gesetzes hieraus. Da bei großem Strom auch dicke Leiter erforderlich sind, wird die Spannung beim Erzeuger herauftransformiert bis zu einer Millionen Volt, damit können die Überlandleitungen sehr viel dünner sein. Atomenergie ist die günstigste und sicherste Art elektrischen Strom zu produzieren, dabei belaufen sich die Kosten derzeit auf ein paar hundertstel Cent pro Kilowattstunde. Stromzähler erkennen das elektrische Feld und setzen dieses, in eine mechanische Drehbewegung um, je nachdem von wo nach wo der Strom gerade fließt. Die Beschreibung des Drehstromnetzes führt hier, denke ich zu weit, auch wenn das Thema Blindstrom und Scheinleistung sicher noch intressant wären.

Hallo BehFra,

Zitat:

Elektronen kreisen um den Atomkern und bilden so Hüllen. Einige Hüllen oder Elektronen sind transportfähig. Jeder Widerstand im Transport fürht zu einem Verlust, der sich in einer Temperaturdifferenz bemerkbar macht. Nur bei Supraleitern gibt es diesen Effekt nicht und so das Thermodynamische Gesetz nur träge der Feldtheorie folgt. Spannung könnte man als Elektronengeschwindigkeit sehen und Strom als elektromagnetisches Feld, dessen Abhängigkeit zu einem Widerstand im Kreislauf steht. Siehe die Formel: URI (Spannung U mal Widerstand R ist Strom I) Damit nun eine elektrische Leistung erkannt werden kann, gilt bei Gleichstrom das einfache multiplizieren von Spannung und Strom. Das hieraus gewonnene Ergebnis in Watt, ist bis in den Promillebereich genau, nach einer galvanischen Lehre. Die Galvanische Lehre beschreibt unterschiedliche Hüllen oder Ladungsverhalten von Atomen dadurch, dass zwischen zwei Unterschiedlichen Stromleitern eine Isolierschicht einen Naturschwingkreis bildet und dieser durch einen Kurzschluss elektrische Energie in Form von Gleichstrom liefert. So wie hier elektrische Energie direkt aus der Natur gewonnen wird. kann Strom auch künstlich hergestellt werden. Künstlich hergestellter Strom wird mit Hilfe von Magnetischen Feldern erzeugt, deren Polarisierungswechsel einen unendlichen Spannungsimpuls hervorrufen, dieser wiederum durch den sogenannten Innenwiderstand den Strom bestimmt. Strom wird immer galvanisch übertragen und magnetisch gesendet. Dieser Zusammenhang ist für die Funkübertragung von großer Bedeutung und in diesem Sinne auch die Lichtgeschwindigkeit in Verbindung des Thermodynamischen Gesetzes hieraus. Da bei großem Strom auch dicke Leiter erforderlich sind, wird die Spannung beim Erzeuger herauftransformiert bis zu einer Millionen Volt, damit können die Überlandleitungen sehr viel dünner sein. Atomenergie ist die günstigste und sicherste Art elektrischen Strom zu produzieren, dabei belaufen sich die Kosten derzeit auf ein paar hundertstel Cent pro Kilowattstunde. Stromzähler erkennen das elektrische Feld und setzen dieses, in eine mechanische Drehbewegung um, je nachdem von wo nach wo der Strom gerade fließt. Die Beschreibung des Drehstromnetzes führt hier, denke ich zu weit, auch wenn das Thema Blindstrom und Scheinleistung sicher noch intressant wären.

Das kann ich als Elektrotechniker so nicht unkommentiert stehen lassen. Einiges ist für den Laien unnötig umständlich formuliert, anderes falsch.

Elektrischer Strom ist allgemein die gerichtete Bewegung elektrischer Ladungen. Im Speziellen sind es in Flüssigkeiten (Elektrolyse) Ionen, nach aussen nicht neutrale Atome (Anzahl Elektronen-Protonen ungleich). In Metallen sind frei bewegliche Elektronen (Valenzelektronen) die Ladungsträger. Die molekulare Struktur von Metallen ist so beschaffen, dass einzelne Elektronen an zwei Atome gebunden sind und somit frei beweglich. Ähnlich einem Satelliten im Orbit, bei dem sich die Gravitationskraft der Erde und die Zentrifugalkraft durch die Kreisbewegung bedingt, ausgleichen, und sich der Satellit kräftefrei in einer Erdumlaufbahn befindet.
Die elektrische Stromstärke gibt an, wieviele Ladungsträger, bleiben wir bei den Elektronen, sich pro Zeiteinheit bewegen, sie wird in Ampere gemessen. Die Ursache für den elektrischen Strom ist die elektrische Spannung, auch Potentialdifferenz genannt, und wird in Volt gemessen. Die elektrische Spannung bezeichnet eine Ladungstrennung was bedeutet, einfach ausgedrückt, Elektronenüberschuss auf der einen Seite (Minuspol), Elektronenmangel auf der anderen Seite (Pluspol). Die Elektronen haben nun das Bestreben, diese Ladungstrennung auszugleichen. Man bezeichnet den elektrischen Strom auch als das Bestreben von Ladungsträgern, Potentialdifferenzen auszugleichen. Die Elektronen wandern also vom Minuspol zum Pluspol. Dabei haben die Elektronen einen Widerstand zu überwinden, den man sich der Einfachheit halber als Reibungsverlust vorstellen kann. Dieser Widerstand wird in Ohm gemessen.
Spannung, Stromstärke und Widerstand regeln also die Gesetzmäßigkeiten in einem elektrischen Stromkreis, wobei die Spannung die Ursache für den elektrischen Strom darstellt und der Widerstand die Stromstärke begrenzt. Spannung und Strom verhalten sich also proportional (steigt die Spannung, steigt auch die Stromstärke), Strom und Widerstand verhalten sich umgekehrt proportional (Steigt der Widerstand, verringert sich die Stromstärke). Diese Gesetzmäßigkeit nennt man das ohm'sche Gesetz: I (Stromstärke) ist gleich U (Spannung) geteilt durch R (Widerstand).
Kommen wir zum Abschluss noch einmal auf die Ladungstrennung zurück, wie entsteht sie?
Wir kennen 6 Möglichkeiten zur Erzeugung elektrischer Spannungen und ich beschränke mich hier, um den Rahmen nicht zu sprengen, auf deren Nennung mit Beispielen:

1. Induktion, magnetische Wirkung (Generator, Lichtmaschine, Dynamo)
2. chemische Wirkung (Batterien, Akkus)
3. Lichtwirkung (elektrodynamischer Effekt. Photovoltaik)
4. Wärmewirkung (Thermoelemente, dienen nur zu Messzwecken)
5. Piezo, Kristallverformung bzw Druck (elektr. Feuerzeug, Erzeugung von Zündfunken)
6. Reibung (statische Aufladung, in der Regel ungewollt)

Soll ein dauerhafter Strom fließen, muss auch die Ladungstrennung permanent aufrecht erhalten werden und der Stromkreis geschlossen sein, was in der Regel über einen elektrischen Verbraucher geschieht.

mfg
okotombrok

Nachdem ich nun über 30 Jahre die Elektrizität studiere, kann es durchaus sein, dass ich mich manchmal etwas unverständlich ausdrücke. Es ist auch schon einige Zeit her, dass ich selbst Lehrgänge ausgearbeitet habe. Spannung existiert natürlich nur bei einem Potentialunterschied, der wiederum durch eine Ladungstrennung hervorgerufen wird. Technisch gesehen fließt der Strom von Plus nach Minus, während er in physikalischer Hinsicht von Minus nach Plus fließt. Elektrizität ist wie der Blitz so schnell und heiß, das jede Erklärung im Feuer endet, wo es letztlich beginnt. Damit ist die Erklärung um Elektrizität einerseits sehr einfach, doch bei genauer Betrachtung hoch Komplex. Wo soll man Anfangen? Sehen wir die natürliche Spannung, können wir mit dem Blitz nur eines anfangen, einfach Feuer machen. Hitze brauchen wir, um Metalle zu gewinnen und Metalle wiederum die Strom transportieren. Spannung erhalte ich schon wenn in einen Apfel zwei Nägel gesteckt werden. Mit dem Auffinden von Seltenerden (z.B.Neodym) oder dem Elektromagneten mit Fe (Eisen), kann erstmals Strom mit Hilfe von Magnetismus künstlich erzeugt werden. Einfach ausgedrückt, kann man mit Hilfe von Magnetismus die Elektronen verschieben. Um jeden Leiter bildet sich ein magnetisches Feld, wenn ein Strom vorhanden ist oder fließt. Ein Ampere ist die Kraft von zwei paralellen Leitern von einem Meter Abstand, der diese anzieht oder abstößt. Üblicherweise wird der Strom heute mit Zangenampermetern, Ringspulen oder direkt über einen Shunt (Leistungsmesswiderstand) gemessen.