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Energie besonders günstig.

Elektrizität.


Elektrizität steht immer in Zusammenhang mit elektrischer Spannung und elektrischer Energie. Um diese Begriffe zu verstehen, müssen wir bis in die Welt der Atome vordringen. Das Bohr'sche Atommodell zeigt beispielsweise einen Atomkern, der u.a. positive Ladungsträger (die Protonen) enthält und dann im (weiteren) Außenbereich meistens von mehreren "Schalen" umgeben ist, die von "umlaufenden" negativen Elektronen besetzt sind. Zwischen positiven und negativen Ladungsträgern existiert eine Anziehungskraft, die um ein Vielfaches größer ist als beispielsweise die Gravitationskraft. Aber jene Elektronen, die sich ganz außen auf der äußersten Bahn befinden, sind etwas abgeschirmt durch die darunter liegenden Elektronenschalen. Sie werden nur noch mit schwacher Kraft an den Atomkern gebunden. Daher kann man diese Außenelektronen mit vergleichsweise geringem Energieaufwand vom Atom trennen und an eine andere Stelle setzen. Genau das passiert z. B. bei einem Bandgenerator (oder auch in der Gewitterwolke), der mit Hilfe von Reibungsenergie Elektronen von einer Stelle abstreift, um sie an anderer Stelle zu sammeln.

Auf diese Weise entstehen zwei Regionen oder Bereiche: Auf der einen Seite ist ein Überhang an negativen Ladungsträgern zu verzeichnen, auf der anderen Seite eine Häufung positiver Ladung. Der natürliche Drang zum Ladungsausgleich ist schließlich die elektrische Spannung, die sich zwischen den beiden Regionen einstellt. Jeder kennt die zwei Pole einer (geladenen) Batterie, die eine solche Situation darstellt. Die Physiker beschreiben das so, dass jeder der beiden Pole auf einem elektrischen Potenzial liegt, und die elektrische Spannung ist die Potenzialdifferenz, also der Unterschied in den Niveaus der Potentiale. Zum besseren Verständnis darf man das vergleichen mit einer Eisenkugel, die am Rande eines Abhangs sozusagen "auf Spannung" liegt. Ein kleiner Anschubser genügt und die potenzielle Energie der schweren Kugel in der Höhe verwandelt sich in eine sichtbare Zerstörung unten am Boden. So ist das auch bei Wolken, die bei entsprechender Wetterlage unter Hochspannung stehen. Der kleine Anschubser könnte ein Windhauch mit nasser Luft sein, der die plötzliche Entladung (wie den Fall der Kugel) auslöst.
Zunächst fließt jedoch kein Strom und die Spannungssituation könnte im Prinzip ewig andauern. Für den Ladungsausgleich, also für den Fluss von Elektrizität, ist eine initiale Aktion nötig.

Elektrizität

Strommasten


Ein gutes Beispiel ist das Anschließen einer Glühlampe. Der "elektrische Verbraucher" stellt eine physikalische Verbindung her zwischen beiden Polen. Er ermöglicht das ausgleichende Fließen von Elektronen, was wir als elektrischen Strom bezeichnen. Der Durchgang, den der Verbraucher dafür frei gibt, ist von seiner Breite her begrenzt: Die Elektronen stauen sich wie Autos auf einer Autobahn-Engstelle. Die Glühbirne stellt dem Elektronenfluss also einen Widerstand entgegen, das ist der elektrische bzw. der so genannte Ohm'sche Widerstand. Ist der Widerstand klein, können die Elektronen schnell und quasi ungehindert strömen; bei großem Widerstand ist das Gedränge groß und wenige Elektronen können wandern.

So, wie durch fallendes Wasser in einem Kraftwerk eine Turbine mehr oder weniger schnell angetrieben wird, so leisten auch die Elektronen bei ihrem "Fallen" vom hohen zum niedrigen Potenzial eine Arbeit, was gleichzusetzen ist mit einer elektrischen Energie. Und weil die Leistung physikalisch definiert ist als Energie pro Zeit, ergibt sich der Zusammenhang so, dass bei geringem Widerstand und hohem Stromfluss eine große Leistung abgeliefert wird. An jedem elektrischen Haushaltsgerät wird seine Leistungsaufnahme in Watt angegeben. Je größer diese Zahl ist, desto mehr Strom (in Ampère) fließt durch die Leitungen, und desto geringer ist der elektrische Widerstand des Geräts.

Bildquelle: Katharina Wieland Müller  / pixelio.de


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