Wirkung des elektrischen Stromes
Stromkreis, aber auch elektrische und magnetische Felder und Wellen
Elektrische und magnetische Quellen aber auch induzierte Spannungen
Wie kann man die Wirkung des elektrischen Stromes sichtbar machen? Es ist kein Problem, die Wirkung des elektrischen Stromes zu erfahren, aber Vorsicht: Lebensgefahr!
Oftmals ist es hilfreich, die Wirkung des elektrischen Stromes mit begreifbaren physikalischen Größen zu vergleichen (von Oppen und Melchert, 2005). So gibt es z.B. nur eine Energie, die sich in unterschiedlichen Erscheinungsformen beschreiben lässt:
- Energie der Bewegung: W =
mv2
- Energie des magnetischen Feldes: W =
LI2
- Energie des elektrischen Feldes: W =
CU2
Die Stromstärkeeinheit Ampere ist definiert als die Stärke eines elektrischen Stromes, der durch 2 parallele geradlinige Leiter mit einem Abstand von 1 Meter fließt und der zwischen den Leitern je Meter Länge eine Kraft von 2 ⋅ 10-7 N hervorruft (Kuchling, 1978; Hering u. a., 2004).
Was ist ein Leiter?
→ Ein Weg für den Strom
Warum erzeugt ein Strom eine Kraft?
→ Ursache: fließenden Strom → Wirkung Magnetfeld
Was ist eine Kraft?
→ Physik: F = m ⋅ a
Was ist eine Einheit?
→ Die Stromstärke ist eine Basisgröße des Internationalen Einheitensystems (SI, System Internationale) und wird in Ampere (A) gemessen.4
Frage an Einstein (Antébi, 1983) : „Ja, glauben Sie denn, dass es einmal möglich sein wird, einfach alles auf naturwissenschaftliche Weise abzubilden?“
Antwort von Einstein: „Ja, das ist denkbar, aber es hätte doch keinen Sinn. Es wäre eine Abbildung mit inadäquaten Mitteln, so als ob man eine Beethoven-Symphonie als Luftdruckkurven darstellte.“5 In Abb. 1.1.1 ist für die Elektrotechnik eine äquivalente Darstellung der Amplitude eines elektrischen Zeitsignals dargestellt. Was kann man daraus ersehen?
Woher kommt der Strom?
Aus der Steckdose! Hier dargestellt mit einem NOT-AUS-Taster, wie er in den Praktikumslaboren zur Sicherheit vorhanden ist.
In Abb. 1.1.2 ist eine Schutzkontakt-Steckdose dargestellt. Für nicht stationäre Anwendungen können Batterien oder Akkus als Quelle eingesetzt werden.
Aber die Frage bleibt natürlich:
Woher kommt der Strom nun wirklich?
Aus Spannungs- oder Stromquellen. Auch diese sind i.d.R. an Steckdosen angeschlossen, deren Versorgung dann über die Energietechnik zu Generatoren (→ Induktion) führt.
In Abb. 1.1.3 sind eine technische Spannungs- und Stromquelle dargestellt. Was eine reale Quelle von einer idealen unterscheidet wird u.a. in der Vorlesung behandelt und ist selbstverständlich prüfungsrelevant!
Was ist Elektrotechnik?
Eine wesentliche Antwort kommt aus der Mikroelektronik mit der modernen Chiptechnik zur Herstellung leistungsfähiger Rechner für die Informatik und die Kommunikationstechnik.
In Abb. 1.1.4 ist so ein „intelligenter“ Chip auf einer Platine zu sehen.
Was ist Elektrotechnik noch?
Energietechnik. Bei aller Euphorie für die moderne Technik: Bisher brauchen wir noch immer Spannungen für unsere Chips, die mit moderner Leistungselektronik stabilisiert werden.
Häufig müssen dazu Gleichspannungen mit Hilfe von Dioden (siehe Abb.1.1.5, auch Gleichrichter genannt) aus Wechselspannungen erzeugt werden.
Bauelemente der Elektronik werden mit bipolar und MOS-Transistoren in der Vorlesung Bauelemente behandelt. Also: Bis auf den Brückengleichrichter kein Prüfungsstoff …
Was ist eine Röhre?
Es war eine großartige Technik, als die Grundlage der Elektrotechnik noch die Röhre war. Nur in der Hochfrequenztechnik gibt es immer noch das Magnetron, die Senderöhre …Bis auf wenige Ausnahmen sind Röhren (siehe Abb, 1.1.6) heute aber weitgehend „ausgestorben“ und durch Transistoren ersetzt worden.
