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Elektrischer Strom


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Elektrischer Strom ist in der Elektrotechnik und der Physik die Bezeichnung für eine gerichtete Bewegung Ladungsträgern in einem Stoff (Chemie) oder im Vakuum . Umgangssprachlich wird elektrischer Strom auch kurz genannt oft ist jedoch damit die Übertragung elektrischer Energie gemeint. Auch wird Stromstärke umgangssprachlich kurz Strom genannt.

Eine solche gerichtete Bewegung die die thermische Wimmelbewegung ( Brown'sche Molekularbewegung ) überlagert wird durch elektrische Feldkräfte beeinflusst oder hervorgerufen. Solche Feldkräfte gehen mit einer elektrischen Spannung einher.

  • Formelzeichen Stromstärke: I
  • Einheit Stromstärke: A
  • Name der Einheit: Ampere

Inhaltsverzeichnis

Gleichstrom Wechselstrom und Drehstrom

elektrische Stromarten:

a) Gleichstrom (engl. DC = Direct Current)

b) Wechselstrom (engl. AC = Alternating Current)

c) Mischstrom / Periodischer Strom.
Ein Mischstrom liegt vor wenn sich in Stromkreis gleichzeitig eine Gleich- und eine Wechselstromquelle können. Periodische Ströme sind damit eine Überlagerung Gleich- und Wechselstrom.

Gleichstrom

Im einfachsten Fall fließt ein zeitlich Strom. Einen solchen Strom nennt man Gleichstrom (engl. direct current ). Beim Gleichstrom muss neben der Stromstärke die Stromrichtung beachtet werden.

Zu beachten sind die

  • Technische Stromrichtung: Vereinbarungsgemäß wird eine Stromrichtung Plus nach Minus angenommen. Diese Stromrichtung geht in alle physikalischen Gleichungen ein die den als solchen betreffen.
  • Physikalische Stromrichtung: Um den Mechanismus des zu verstehen und bestimmte elektrische Eigenschaften von herzuleiten betrachtet man die wirkliche Bewegung der In Metallen bewegen sich in der Regel Elektronen also negative Ladungsträger die vom Minus-Pol Plus-Pol fließen. In Flüssigkeiten sind aber z.B. auch positiv geladene Ionen vorhanden die vom Plus-Pol zum Minus-Pol fließen. In diesem Fall stimmen die und die physikalische Stromrichtung überein. Ein anderer tritt bei p-dotierten Halbleitern auf: Hier verhalten sich fehlende Elektronen (so genannte Löcher oder Defektelektronen ) wie positive Ladungsträger mit Masse.

Als Gleichstromquelle kommen galvanische Zellen (Batterien) entsprechende Dynamos (zum Teil mit nachgeschalteter Gleichrichtung) Photovoltaische Zellen (Solaranlagen) oder Schaltnetzteile in Frage. In der Technik häufig ist auch eine Kombination von Transformator und Gleichrichter.

Fällt bei gleichbleibender Stromrichtung die Stromstärke stark ab so spricht man von pulsierendem Gleichrichter liefern meist pulsierenden Gleichstrom sofern er durch Kondensatoren geglättet wird.

Wechselstrom

Neben dem Gleichstrom gibt es auch den Wechselstrom (engl. alternating current ). Wechselstrom zeichnet sich dadurch aus dass Stromrichtung periodisch wechselt (beim Haushaltsstrom in Europa 100 mal pro Sekunde). Die Frequenz (oft auch als Netzfrequenz bezeichnet) des Stromes gibt an wie pro Sekunde der Strom in dieselbe Richtung dementsprechend hat der europäische Haushaltsstrom eine Frequenz 50 Hz. Die mittlere Stromstärke des Wechselstroms Null. Einem Wechselstrom kann natürlich keine Richtung werden.

Um trotzdem Aussagen über die Stromstärke zu können wird eine effektive Stromstärke für Wechselströme definiert. Für einen sinusförmigen ergibt sich die effektive Stromstärke zur Wurzel mittleren Quadrates der Stromamplitude.

Ist ein Gleichstrom einem Wechselstrom überlagert spricht man auch von Mischstrom.

Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom

Zur Energieübertragung wird aber heutzutage meist Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom verwendet. Beim Drehstrom wird der Strom drei Leitungen gesendet die jeweils zueinander um drittel Periode phasenverschoben sind so dass die aller drei Ströme Null ergibt. Zusätzlich ist nach Schaltung noch ein Null-Leiter vorhanden (Sternschaltung) geringe Restströme aufnimmt die durch nicht ganz Übereinstimmung der drei Phasen entstehen. Drehstrom hat Wechselstrom den Vorteil dass zu keinem Zeitpunkt Gesamt-Stromfluss Null ist. Zudem kann man aus Wechselstrom gewinnen indem man nur eine der Adern (Phasen) über den Verbraucher an den anschließt.

Gleichstrom und Wechselstrom dürfen nicht mit Gleichspannung bzw. Wechselspannung verwechselt werden. Allerdings führt im geschlossenen Stromkreis eine Gleichspannung zu Gleichstrom und eine zu Wechselstrom.

Physikalischer Mechanismus: Entstehung des Stromflusses

Am Beispiel einer elektrischen Batterie lässt sich das Prinzip des Stromflusses Elektrochemische Prozesse in der Batterie bewirken eine die Elektronen werden auf einer Seite gesammelt (Minuspol) der anderen Seite herrscht Elektronenarmut (Pluspol). Hierdurch eine Potentialdifferenz eine elektrische Spannung . Ladungsträger die einer Spannungsdifferenz ausgesetzt sind durch selbige eine Beschleunigung. Wenn man die Pole der Batterie durch einen elektrischen Leiter einem gegebenen elektrischen Widerstand verbindet bewegen sich Elektronen vom Minuspol zum Pluspol: Ein elektrischer fließt. Die Trennung der Ladungen erforderte (chemischer) die wieder frei wird wenn der Strom

In einem solchen Stromkreis bestimmen die Spannung abgekürzt U und die Größe des elektrischen Widerstandes R die Stromstärke I . Der Zusammenhang zwischen Strom Spannung und Widerstand kann durch das Ohmsche Gesetz ausgedrückt werden: U = R · I . Siehe: [1]

Technische Nutzung des elektrischen Stroms

Elektrischer Strom ist heute eine der Methoden Energie zu transportieren und bereitzustellen. So heute die gesamte Beleuchtung die meisten Haushaltsgeräte und die gesamte Elektronik und Rechnertechnik mit elektrischer Energie betrieben. Autos mit Antrieb werden als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Gefährten propagiert. Auch medizinische Geräte vom Röntgenapparat den Kernspintomographen bis hin zum Zahnarztbohrer werden elektrischer Energie betrieben.

Elektrische Energie wird zumeist zentral in Kraftwerken erzeugt und mittels dem Zusammenspiel von Strom und elektrischer Spannung über das Stromnetz an die Haushalte verteilt. Aus ökologischen Gründen wird aber auch zunehmend dezentrale Energiewandlung z. B. mittels Photovoltaikanlagen auf privaten Dächern gefördert. Wichtige Einrichtungen (z. B. Krankenhäuser) mit Notstromaggregaten ausgestattet damit auch bei einem Stromausfall der Betrieb weitergehen kann. Ist eine Verbindung mit dem Stromnetz nicht möglich z. bei Autos oder mobilen Geräten so muss elektrische Energie entweder zwischengespeichert oder direkt im erzeugt werden (z. B. mittels kleiner Solarzellen für Taschenrechner oder mittels Brennstoffzellen ). Eine direkte Speicherung der elektrischen Energie nur durch Wandlung in eine andere Energieform z. B. mittels Batterien oder Akkumulatoren in einer anderen Größenordnung B. bei Pumpspeicherkraftwerken . Ausnahme bilden die Kondensatoren die aber sehr kleine Energien aufnehmen können.

Der umgangssprachliche Ausdruck "Strom verbrauchen" ist gesehen nicht richtig da der Strom der ein Gerät hineinfließt auch wieder hinausfließt. In Tat ist es beim üblichen Haushaltsstrom sogar dass die Elektronen nur im Leiter ein Stück hin- und her "wackeln" ohne dass eine nennenswerte Anzahl von Elektronen aus der ins Gerät fließt. Was tatsächlich verbraucht wird elektrische Energie. Dementsprechend wird der "Stromverbrauch" auch der Energieeinheit Kilowattstunde und nicht in der Stromeinheit Ampere

Neben der Energieversorgung spielt der elektrische auch für die technische Kommunikation eine wesentliche Rolle. So basiert das Telefonnetz zumindest am Teilnehmeranschluss bis heute auf Signalübertragung. Dies gilt auch für moderne Datenübertragungstechniken DSL . Allerdings ist das eigentliche Telefonnetz heutzutage schon auf Glasfaser umgestellt. Ebenfalls auf elektrischen Signalen basiert Kabelfernsehen .

Die Kommunikation mittels elektromagnetischer Wellen basiert zwar nicht direkt auf elektrischem aber das Aussenden und Empfangen der Wellen prinzipiell nur über elektrische Anlagen möglich.

Stromverbrauch Privathaushalte

Deutschland 2002 : 135 7 Gigawattstunden

  • Haushaltsgeräte Kühlen 30 %
  • Haushaltsgeräte Kochen Bügeln Wäschetrocknen 18 %
  • Heizung 17 %
  • Klimaanlagen 17 %
  • PC TV Audio Telefon 10 %
  • Licht 8 %
Quelle VDEW

Siehe auch

Elektrizität Elektrostatik Elektrodynamik Stromerzeugung Ableitstrom

Physikalische Zusammenhänge:

  • Die Strom stärke I in Ampere ist:
<math>
I = \frac{U}{R} = \frac{P}{U} = \cdot R} </math>

Spannung U in Volt
Widerstand R in Ohm
Elektrische Leistung P in Watt

  • Elektrische Leistung P in Watt = Spannung U · Stromstärke I

  • Elektrische Arbeit W = Spannung U · Stromstärke I · Zeit t

Weblinks



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