Wie funktioniert eigentlich elektrischer Strom?

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Elektrischer Strom ist aus unserer heutigen modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Man unterscheidet zwei Arten: Gleichstrom und Wechselstrom. Der sogenannte Drehstrom, wie er auch von den Kraftwerken produziert wird, besteht aus drei Phasen Wechselstrom zu je 50 Hz, d.h. 50 Phasenwechsel pro Sekunde. Dabei sind alle drei Phasen um 1/150 sec bzw. 120° gegeneinander verschoben.

 Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts kannte man Elektrizität nur in Form von elektrostatischer Aufladung, eine Eigenheit, die man am Bernstein bemerkt hatte. Auf Griechisch heißt Bernstein Elektron, danach ist auch jenes Elementarteilchen benannt worden, aus dem der elektrische Strom besteht, und daher hat er auch seinen Namen. Atome bestehen aus Protonen, welche eine positive Ladung tragen, elektrisch neutralen Neutronen und den um den Atomkern kreisenden negativ geladenen Elektronen. Normalerweise sind im Atom immer gleich viele Protonen wie Elektronen vorhanden, so dass sich die gegensätzlichen Ladungen gegenseitig aufheben. Erst, wenn mehr oder weniger Elektronen als Protonen vorhanden sind, werden die elektrischen Kräfte wirksam. Im ersten Fall spricht man von negativer, im zweiten Fall von positiver Ladung. Ungleichnamige Ladungen ziehen sich gegenseitig an, gleichnamige stoßen sich ab. Bestimmte Stoffe, z.b. Bernstein können durch Reibung Elektronen verlieren oder hinzu bekommen, das ist dann die elektrostatische Aufladung, die älteste bekannte Form der Elektrizität, die auch für das Gewitter verantwortlich ist. Andere Stoffe wiederum können die Elektronen ableiten, das gilt für alle Metalle. Der elektrische Strom ist nichts anderes, als durch einen Metalldraht fließende Elektronen. Aber das wusste man damals noch nicht. Im späten 18. Jahrhundert entdeckte man, dass chemische Reaktionen ebenfalls Elektrizität erzeugen können (Galvani). Darauf beruht heute noch das Prinzip der elektrischen Batterie und des Akkus. Hierbei handelt es sich um Gleichstrom.
Der Siegeszug der Elektrizität begann im späten 19. Jahrhundert. Die Pioniere hier waren u. A. Edison, Westinghouse, Tesla, Faraday. Man entdeckte, dass man mit Magneten und einer zu einer Spule gewickelten Draht elektrischen Strom erzeugen konnte, das Prinzip des Dynamos. Umgekehrt konnte ein elektrischer Strom einen Magneten in Bewegung versetzen, dieses Prinzip nutzt man im Elektromotor. Überhaupt merkte man schnell, das Elektrizität und Magnetismus etwas miteinander zu tun haben, ein durch eine Spule fließender Strom erzeugte Magnetismus. Anfangs setzte man auf Gleichstrom (Edison), aber je länger die Leitungen waren, desto größer auch die Verluste, bedingt durch den elektrischen Widerstand. Westinghouse dagegen setzte auf Wechselstrom, wodurch sich die Energieverluste drastisch redurzieren ließen, da sich die Spannung bei Wechselstrom mittels Transformatoren beliebig verändern ließ. Fließt nämlich ein Wechselstrom durch eine Spule, so kehrt sich im Rhytmus des Stromes auch das Magnetfeld ständig um, was dazu führt, dass in einer zweiten Spule, die sich im magnetischen Wechselfeld befindet, ebenfalls ein Wechselstrom fließt. Hier war vor allem Nikola Tesla der Pionier. Die Ausgangsspannung eines Transformators steuert man mit dem Verhältnis der Windungszahlen beider Spule zueinander.
Primärspule, viele Windungen, dünner Draht, Sekundärspule wenig Windungen, dicker Draht: Ausgangsspannung niedriger als Eingangsspannung, hohe Stromstärke.
Primärspule, wenig Windungen, dicker Draht, Sekundärspule, viele Windungen, dünner Draht: Ausgangsspannung höher als Eingangsspannung, niedrige Stromstärke.
Heute wird in den Kraftwerken ein Dreiphasen- Wechselstrom von 50 Hz erzeugt. Dabei sind alle drei Phasen um 1/150 sec., bzw. 120° gegeneinander verschoben (Dreiphasen- Drehstrom). Die Versorgungsspannung der Haushalte beträgt heute 230V, der Drehstrom für Großverbraucher liegt bei 400V.
Heute wird auch in steigendem Maße Elektrischer Strom aus Sonnenlicht gewonnen (Photovoltaikanlagen). Siliziumkristalle haben nämlich die Eigenschaft, dass in ihnen eine elektrische Spannung entsteht, wenn sie dem Licht ausgesetzt sind. Wie bei Batterien und Akkus handelt es sich dabei um eine Gleichspannung.
Windkraftanlagen hingegen erzeugen Dreiphasen- Drehstrom, da sie einen Generator nach dem Dynamoprinzip enthalten, wie er auch in jedem anderen Kraftwerk vorhanden ist.

Vorsicht Lebensgefahr!

Ohne fundierte Fachkenntnisse niemals Reparaturen oder Manipulationen am Stromnetz oder elektrischen Geräten vornehmen. Niemals schadhafte Elektrogeräte benutzen, Betriebsanleitung vor Inbetriebnahme lesen und unbedingt beachten.

Kinder und Jugendliche: Freileitungen, Umspann- und Kraftwerke, sowie Bahnanlagen sind kein Abenteuerspielplatz. Nie in der Nähe von Freileitungen spielen (Modellflug, Drachen steigen).