Elektrizität
Die Elektrizität ist eine Kraft in der Natur. Am besten ist sie in einem Blitz am Himmel sichtbar. Heute stellen die Menschen viel künstliche Elektrizität her. Damit machen sie zum Beispiel Licht oder sie bringen ein Radio oder eine Maschine zum Laufen. In der Umgangssprache spricht man oft von Strom, gemeint ist damit elektrischer Strom oder eben die Elektrizität.
Elektrizität ist sehr vielseitig: Strom erhitzt das Bügeleisen oder die Herdplatte, macht Licht, bringt die Bilder auf den Fernseher oder treibt Rolltreppen an. Es gibt noch viele andere Anwendungen. Elektrizität ist heute auch so beliebt, weil sie Motoren geräuschlos antreibt und weil dabei keine Abgase entstehen. Ohne elektrischen Strom würde die heutige Welt nicht funktionieren.
Elektrizität ist aber auch gefährlich. Wasser und Metall leiten den Strom besonders gut. Daher muss im Badezimmer und an Orten mit viel Metall besonders vorsichtig mit Strom umgegangen werden. Am Strom kann man sich nicht nur verbrennen, sondern das Herz kann aus seinem Rhythmus kommen. Davon kann man sterben.
Wie lernten die Menschen die Elektrizität kennen?
Die Elektrizität aus der Natur kannten schon die alten Griechen. Das Wort „elektron“ stammt aus ihrer Sprache: Es bedeutet Bernstein. Wenn man einen Bernstein mit einem Tuch aus Wolle reibt, zieht er manche Gegenstände an. Heute würde man sagen: Er wurde elektrostatisch aufgeladen. Dies geschieht auch, wenn wir uns an bestimmten Materialien reiben. Dann stellen sich beispielsweise einem Kind die Haare auf.
Auch in Blitzen zeigt sich die Elektrizität. Das weiß man seit dem amerikanischen Forscher Benjamin Franklin, der im 18. Jahrhundert lebte. Allerdings konnte man mit Elektrizität nichts anfangen. Es gab Geräte, mit denen man ein wenig davon herstellen konnte. Ein Mensch erhielt davon ein komisches Gefühl oder gar einen Schlag. Manche Leute glaubten, dass man damit Menschen gesund machen könnte.
Erst in den Jahren nach 1850 wusste man genug über Elektrizität, dass man es für Licht und Maschinen verwenden konnte. Die Menschen fanden auch heraus, wie sie Strom selber produzieren konnten. Schließlich hat man damit sogar Informationen übertragen, zuerst am Morsegerät und am Telefon, dann beim Radio, heute per Computer oder Handy.
Was ist elektrischer Strom?
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Ampère
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Weil man die Elektrizität nicht sieht, ist sie schwierig zu erklären. Heute weiß man, dass sie durch winzig kleine Teile erzeugt wird, die sogenannten Elektronen. Sie sind noch kleiner als Atome und bewegen sich sehr schnell. Sie haben eine bestimmte elektrische Ladung.
Bei manchen Teilchen ist die Ladung positiv, bei anderen negativ. Daher stoßen die Teilchen sich gegenseitig ab, wenn sie beide positiv oder beide negativ geladen sind. Sie können sich auch anziehen, wenn das eine positiv und das andere negativ geladen ist.
Außerdem erzeugen die geladenen Teilchen elektrische Felder. Das ist so ähnlich wie bei einem Magnetfeld. Durch die elektrischen Felder wirken Kräfte auf geladene Teilchen. In Elektrokabeln aus Kupfer können sich solche Teilchen, die Elektronen, frei bewegen. Wenn die Elektronen sich dann in eine Richtung durch das Kabel bewegen, dann fließt ein Strom. Sie strömen durch das Kabel so wie Wasser durch ein Flussbett strömt. Das hatte schon der französische Naturwissenschaftler André-Marie Ampère herausgefunden.
Wie kann man Elektrizität messen?
Es gibt mehrere Arten, wie man elektrischen Strom misst. Die Menge der Elektronen, die in einer bestimmten Zeit durch ein Kabel fließt misst man in der Maßeinheit Ampère. Diese Stromstärke entspricht im Vergleich der Menge des fließenden Wassers.
Die Stärke des „Antriebs“ des Stromes nennt man Spannung. Sie entspricht beim Fluss dem Gefälle, also wie steil der Abschnitt ist. Man misst sie in der Maßeinheit Volt. Dieser Ausdruck geht auf den italienischen Wissenschaftler Alessandro Volta zurück. Eine normale Batterie hat höchstens 9 Volt, eine Autobatterie 12 oder 24 Volt. Unsere Steckdosen haben 230 Volt. Das ist so viel, dass das Anfassen lebensgefährlich ist.
Die Leistung eines Geräts hängt von Stromstärke und von der Spannung ab. Man misst sie in der Maßeinheit Watt. Dies ist heute auf allen Geräten angeschrieben: Je mehr Watt, desto kräftiger ist der Haartrockner, oder desto lauter ist der Lautsprecher oder ein anderes Gerät. Außerdem kann man den Widerstand von Strom messen. Hier ist die Einheit das Ohm, die nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm benannt ist.
Wie stellen die Menschen elektrischen Strom her?
Elektrischer Strom entsteht meistens in einem Generator. Solche gibt es zum Beispiel an Fahrrädern, um Licht zu machen. Dort nennt man sie Dynamo. Im Innern befindet sich ein Magnet. Dieser wird in eine Drehung versetzt und versetzt dadurch die Elektronen in einer Kupferspule in Bewegung.
Es wird also mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Ein Elektromotor funktioniert genau umgekehrt. Generatoren gibt es in sehr verschiedenen Größen, in Kraftwerken sind sie meist größer als ein Mensch.
Es gibt verschiedene Methoden, einen Generator anzutreiben: In einem Atomkraftwerk oder in einem Kohlekraftwerk wird Wasser heiß gemacht. So entsteht Wasserdampf, der eine Turbine antreibt. Auch mit Gas kann man eine Turbine antreiben, das funktioniert wie ein Triebwerk bei einem Flugzeug. Es gibt auch Wasserturbinen in Flüssen oder mit Stauseen. Am modernsten sind die Windturbinen. Alle sind mit einem Generator verbunden, der Strom herstellt.
Eine ganz andere Methode nutzen die Solarkraftwerke. In ihren Panels entsteht Strom direkt aus der Sonnenenergie. Für die Umwelt ist das noch die harmloseste Art, wie Menschen Energie gewinnen. Auch die Wasserkraft gilt als eher umweltfreundlich.
Alle Kraftwerke produzieren eine sehr hohe Spannung. Damit man den Strom verwenden kann, muss man die hohe Spannung umwandeln, und zwar verringern. Dazu braucht man einen Transformator, einen „Umwandler“. Riesige Transformatorenstationen verringern die Spannung zuerst auf 230 Volt und danach erst wird der elektrische Strom in die Häuser geleitet. Viele Geräte haben zusätzlich einen Transformator eingebaut oder am Stecker, wie beispielsweise Telefone, Staubsauger oder Toaster.
Um das Jahr 1800: Eine Frau soll mit Strom gesund gemacht werden.
Alte elektrische Lampen im Dresdner Energiemuseum.
Verschiedene Arten von Batterien
Zug mit Elektro-Lok. Den Strom erhält die Lok aus den Kabeln oben.
Eine riesige Solar-Anlage in Spanien
Das Polarlicht entsteht, wenn elektrisch geladene Teilchen auf Moleküle der Luft treffen.
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