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Strom

Was ist Strom?

Elektrizität (oder elektrische Energie) ist eine Reihe von Phänomenen, die durch das Vorhandensein, die Wechselwirkung und die Bewegung elektrischer Ladungen verursacht werden. Das heißt, alles, was die Verschiebung von elektrisch geladenen Teilchen (Elektronen oder Protonen) durch einen Leiter verursacht.

Was ist Strom?

Strom kann aus zwei Perspektiven analysiert werden:

  • Geben Sie sich eine makroskopische Skala: Was eine Person beobachten kann.
  • Im mikroskopischen Maßstab: Um beobachten zu können, was im mikroskopischen Maßstab geschieht, müssen spezielle Geräte verwendet werden. Die Menge der Dinge, die im mikroskopischen Maßstab geschehen, entspricht dem, was wir im makroskopischen Maßstab sehen können.

    Aus makroskopischer Sicht beziehen wir uns mit dem Begriff Elektrizität allgemein auf alle großräumigen physikalischen Phänomene, die eine der grundlegenden Wechselwirkungen beinhalten: die elektromagnetische Kraft. Besonders zu elektrostatischer Energie.

    Aus mikroskopischer Sicht sind diese elektrischen Phänomene auf die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen in einem sehr kleinen Maßstab, einem molekularen Maßstab, zurückzuführen. Wir beziehen uns auf Protonen im Atomkern oder auf ionisierte Moleküle und Elektronen. Die typischen makroskopischen Effekte solcher Wechselwirkungen sind elektrische Ströme und die Anziehung oder Abstoßung elektrischer Körper oder Ladungen.

    Warum ist Strom wichtig?

    Strom ist für den Energietransport von dem Punkt, an dem Energie erzeugt wird, bis zu dem Punkt, an dem sie verwendet wird, verantwortlich. Dank Strom haben wir Strom und die meisten Geräte in unseren Häusern können betrieben werden. Ebenso wird es in mehreren industriellen Anwendungen eingesetzt.

    Diese Energietransportkapazität ist zum am weitesten verbreiteten Transportmittel für Energie in Stromnetzen geworden. Es ist eines der am weitesten verbreiteten Transportmittel für Informationen in der Telekommunikation (elektrische Kommunikation).

    Wie trägt Elektrizität zum Klimawandel bei?

    Strom ist die Fähigkeit, Energie zu transportieren. Nach dieser Definition haben sie keinen Einfluss auf den Klimawandel. Es kann jedoch dazu beitragen, Technologien zu stärken, die den Klimawandel beeinflussen.

    Wenn es diese Form des Energietransports nicht gäbe, um unsere Häuser zu heizen oder um Strom zu haben, müssten wir Kohle, Öl oder Gas verbrennen. Wie wir wissen, entstehen beim Verbrennen fossiler Brennstoffe umweltschädliche Treibhausgase.

    Auf der anderen Seite können wir mit Elektrizität die in Anlagen für erneuerbare Energien erzeugte elektrische Energie in unsere Häuser oder in die erforderlichen industriellen Anwendungen liefern. Diese erneuerbaren Energiequellen können Photovoltaik-Solarenergie, Windkraftanlagen, hydraulische Energie usw. sein.

    Was sind die Arten von Elektrizität?

    Es gibt zwei Arten von Elektrizität:

    • Statische Elektrizität. Dieser Typ wird hergestellt, indem zwei oder mehr Gegenstände gerieben und Reibung erzeugt werden
    • Dynamische Elektrizität, dh der Fluss elektrischer Ladung durch ein elektrisches Feld.

    Statische Elektrizität

    Statische Elektrizität wird durch Akkumulieren elektrischer Ladungen auf der Oberfläche eines Materials erzeugt. Es wird im Allgemeinen durch Reiben von Materialien verursacht. Das Ergebnis eines Aufbaus statischer Elektrizität ist, dass Objekte voneinander angezogen werden oder sogar einen Funken von einem zum anderen springen lassen können.

    Ein Beispiel für statische Elektrizität ist das Reiben eines Ballons mit Wolle. Nach dem Reiben bleibt es leicht an der Hand festgeklebt. Der Grund dafür ist, dass die Elektronen in der Wolle auf den Ballon übertragen werden. Die Elektronen haben eine negative Ladung, so dass der Ballon eine negative Ladung erhält, die höher ist als die Ladung der Hand. Zu diesem Zeitpunkt können wir sagen, dass der Ballon statisch aufgeladen ist. Der Ladungsunterschied erzeugt eine Anziehungskraft zwischen dem Ballon und der Hand.

    Dynamische Elektrizität

    Elektrischer Strom ist die Flussrate der Elektronen. Elektrischer Strom wird durch bewegte Elektronen erzeugt. Die elektrische Stromstärke wird in Ampere gemessen. Im Gegensatz zu statischer Elektrizität muss dynamische Elektrizität durch einen Leiter fließen. Die Strömung mit Elektrizität ist die gleiche wie die Strömung, wenn Sie an einen Fluss denken.

    Bei Elektrizität ist Strom ein Maß für die über einen bestimmten Zeitraum übertragene Energiemenge. Diese Energie nennt man den Elektronenfluss. Eines der Ergebnisse des Stroms ist die Erwärmung des Leiters. Wenn sich ein Elektroherd erwärmt, ist dies auf den Stromfluss zurückzuführen.

    Was ist eine elektrische Ladung?

    Elektrische Ladung ist die physikalische Eigenschaft von Materie, die bewirkt, dass sie in einem elektromagnetischen Feld eine Kraft erfährt. Es gibt zwei Arten elektrischer Ladung:

    • Positive elektrische Ladung, normalerweise von Protonen getragen.
    • Negative elektrische Ladung, normalerweise von Elektronen getragen.

    Ähnliche Ladungen stoßen sich gegenseitig ab und unterschiedliche Ladungen ziehen sich gegenseitig an. Ein Objekt ohne Nettoladung wird als neutral bezeichnet.

    Elektrische Ladung ist eine grundlegende Eigenschaft, die mit subatomaren Partikeln verbunden ist. Diese Eigenschaft folgt dem Gesetz der Energieerhaltung und bestimmt ihr Verhalten gegenüber elektromagnetischen Wechselwirkungen.

    Ein mit einer elektrischen Ladung ausgestattetes Objekt übt in einem bestimmten Abstand eine Kraft auf ein anderes Objekt aus, das eine elektrische Ladung aufweist. Dieses Konzept kann mit der Schwerkraft verglichen werden, wodurch ein Objekt ein anderes anzieht. Schwerkraft und elektrische Ladungen weisen jedoch zwei wichtige Unterschiede auf:

    • Ladungen des entgegengesetzten Zeichens ziehen sich gegenseitig an, während sich Ladungen desselben Zeichens gegenseitig abstoßen. Die Schwerkraft ist immer attraktiv, niemals abstoßend.
    • Die Schwerkraft steht in direktem Zusammenhang mit der Masse der betreffenden Objekte, während die elektrische Ladung und die Masse bei stationären Objekten nicht in Beziehung stehen.

    Die Gesamtmenge der elektrischen Ladungen bleibt weltweit praktisch konstant. Da die beiden Ladungsarten gegensätzliche Wirkungen haben, ist das allgemeine normale Ergebnis elektrische Neutralität oder offensichtlicher Ladungsmangel. Um die Auswirkungen der Belastung auf ziemlich große Materialmengen zu beobachten, ist es daher erforderlich, das normale Gleichgewicht zu stören und auf gewünschte Weise eine übermäßige Belastung des Objekts zu erzeugen.

    Elektrische Ladung auf Materie 

    Viele feste Substanzen haben eine kristalline Struktur, dh ihre Atome sind in einem regelmäßigen dreidimensionalen Gitter angeordnet. Bei einigen Substanzen sind die diese Kerne umgebenden Elektronen jedoch nicht eng miteinander verbunden.

    Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, eine gute Anzahl von Elektronen hinzuzufügen oder zu entfernen, ohne die Kristallstruktur ernsthaft zu stören. Mit anderen Worten, Atomkerne neigen dazu, an Ort und Stelle zu bleiben, aber Elektronen können sich oft bewegen. Um eine negative Ladung zu erhalten, müssen nur überschüssige Elektronen hinzugefügt werden. In Bezug auf positive und negative Ladungen muss jedoch beachtet werden, dass Plus und Minus Indikatoren für einen elektrischen Zustand sind und keine Indikatoren für mathematische Operationen wie in der Arithmetik oder Algebra. Wenn wir ein negatives Vorzeichen auf eine Ladung sehen, müssen wir uns daran erinnern, dass es nur einen Überschuss an Elektronen anzeigt und nichts mit Subtraktion zu tun hat.

    Aus elektrischer Sicht ist es möglich, alle Substanzen, aus denen Materie besteht, grob in zwei große Gruppen einzuteilen. Die Arten von Substanzen, die eine relativ große Menge an freien Elektronen enthalten, die sich von einem Atom zum anderen bewegen können, werden als elektrische Leiter bezeichnet. Substanzen, in denen sich die Elektronen unter mäßiger Belastung nicht frei bewegen können, werden als elektrische Isolatoren bezeichnet.

    Die meisten Metalle sind elektrische Leiter, obwohl sie sich von den im chemischen Sektor verwendeten Leitern wie wässrigen Lösungen von Säuren, Basen oder Salzen unterscheiden. Andererseits sind die meisten nichtmetallischen Substanzen elektrisch isolierend. Es gibt keinen perfekten Leiter oder perfekten Isolator, aber in der Praxis erfüllen eine Reihe von Substanzen diesen Zweck sehr gut. Beispielsweise sind Silber, Kupfer, Aluminium und sogar Stahl häufig als Leiter geeignet, während Glas, Porzellan, die meisten Kunststoffe, trockene Luft und Holz gute Isolatoren sind. In den letzten Jahrzehnten hat das Studium der Materie zur Schaffung von Materialien geführt, die unter extremen Bedingungen supraleitend sind.

    Was ist das elektrische Feld?

    Der Raum um ein Elektron oder ein anderes Objekt mit elektrischer Ladung scheint sich in einem Spannungszustand zu befinden. Dieser Zustand wird elektrisches Feld genannt. Dies stört die elektrischen Felder anderer elektrisch geladener Objekte und verursacht die für solche Objekte typischen gegenseitigen Kräfte.

    Wenn sich die Elektronen bewegen, wo sie passieren, wird ein anderes Feld erzeugt. Dieses neue Feld wird Magnetfeld genannt. Die Intensität dieses Feldes ist direkt proportional sowohl zur Anzahl der sich bewegenden Elektronen als auch zu der Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, dh zum elektrischen Strom. Diese Intensität ist die Stromstärke und wird in Ampere gemessen.

    Wenn daher ein Strom durch einen zweckmäßig angeordneten Satz von Kupferdrahtspulen geleitet wird, verhält sich diese Drahtspule wie ein Stahlmagnet. Dieser neue Magnet kann andere ähnliche Drahtspulen anziehen oder abstoßen. Das Aufwickeln einer solchen Spule auf einen Eisenrahmen verstärkt das erzeugte Magnetfeld. Durch das Kombinieren mehrerer frei drehbarer Drahtspulen um einen frei drehbaren Eisenkern können erhebliche mechanische Kräfte erzielt werden.

    Dieses Gerät wird als Elektromotor bezeichnet. Heute bedienen Elektromotoren alle Arten von Maschinen, von den heiklen Übungen des Zahnarztes bis zu den gigantischen Maschinen moderner Fabriken. In einem modernen Haus können viele Elektromotoren vorhanden sein, vom Ölkessel bis zum Kühlschrank usw.

    Wie wird Strom übertragen?

    Strom kann durch zwei Arten von elektrischem Strom übertragen werden:

    • Wechselstrom. Im Wechselstrom schwingen die Elektronen, bewegen sich aber nicht.
    • Dauerstrom. Im Gleichstrom bewegen sich die Elektronen durch den Leiter.

    In einem Gleichstromkreis bewegen sich die Elektronen immer in die gleiche Richtung. Ein Beispiel für diese Schaltung ist eine batteriebetriebene Schaltung, beispielsweise ein Magnesiumblitz oder ein elektrisches System in Kraftfahrzeugen. Manchmal bleibt der Strom jedoch nicht konstant.

    Manchmal werden zahlreiche Stromkreise verwendet, in denen der Strom regelmäßig die Richtung seines Flusses im Stromkreis umkehrt. In diesem Fall wird ein Wechselstromkreis erhalten.

    Die gebräuchlichsten und am häufigsten verwendeten Stromkreise sind Wechselströme. In einem Wechselstromkreis müssen die Frequenz, Intensität des Stroms und die Spannung des Stromkreises angegeben werden. Die Frequenz misst die Hälfte der Häufigkeit, mit der der Strom in einer Sekunde die Richtung ändert.

    Was ist Reaktanz?

    In Wechselstromkreisen ändern sich Strom und Spannung. In diesen Fällen ist es notwendig, den Effekt der Reaktanz zu berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, erzeugt Strom immer ein Magnetfeld. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das dadurch verursachte Magnetfeld und dies verursacht eine elektromotorische Gegenkraft. Daher muss in einem Wechselstromkreis die angelegte Spannung zusätzlich zum gemeinsamen Widerstand des Stromkreises den Gegensatz des variierenden Magnetfelds überwinden.

    Der Widerstand des Wechselstroms wird als induktive Reaktanz bezeichnet. Die induktive Reaktanz beruht auf der Änderung ihres Magnetfelds. Elektronen stoßen sich immer gegenseitig ab, indem sie der Wechselwirkung ihrer elektrischen Felder folgen. Daher kann ein Elektron, das sich in einem Leiter bewegt, diejenigen in einem anderen dazu zwingen, sich zu bewegen. Dies ist auch dann der Fall, wenn die beiden Leiter voneinander isoliert sind.

    Daher kann es vorkommen, dass ein Wechselstrom sogar durch einen perfekten Isolator fließen kann, während ein Kontinuum dies nicht kann. Natürlich bewegen sich keine Elektronen tatsächlich durch den Isolator, aber es sind ihre wechselwirkenden elektrischen Felder, die die oben erwähnten Verschiebungen verursachen. Dieser interessante Effekt wird bei Geräten genutzt, die als Kondensatoren bezeichnet werden. Er wird häufig für Wechselstromkreise verwendet. Daher kann ein Wechselstrom anscheinend durch einen Kondensator fließen, jedoch nicht ohne auf einen Widerstand zu stoßen.

    Der Widerstand gegen den Wechselstromfluss aufgrund der Wirkung des Kondensators wird als kapazitive Reaktanz bezeichnet. Die induktive Reaktanz, die kapazitive Reaktanz und der Widerstand einer Schaltung werden insgesamt als Impedanz einer Schaltung bezeichnet. Durch Steuern des Betrags der induktiven und kapazitiven Reaktanz in einer Schaltung können einige interessante Effekte beobachtet werden. Einer der wichtigsten Effekte ist die Resonanz. Dank dieses Effekts kann die Schaltung in Resonanz versetzt werden, dh von einem Wechselstrom einer bestimmten Frequenz gekreuzt werden, wobei diejenigen anderer Frequenzen, die ebenfalls vorhanden sein können, vollständig ignoriert werden. Dank der Verwendung von Resonanz können Sie das Radio oder Fernsehen eines bestimmten Senders einstellen, ausgenommen andere.

    Autor:

    Erscheinungsdatum: 20. Mai 2019
    Geändert am: 19. Mai 2019