Strom besteht aus freien Elektronen und deren Bewegung. Jedes Atom hat eine bestimmte Menge gebundener Elektronen die zum einzelnen Atom gehören. So hat zum Beispiel das Wasserstoffatom, es besteht aus einem Elektron und einem Proton, genau ein gebundenes Elektron welches den Kern umkreist. Da dieses Elektron im Wasserstoff das einzige ist, kann es nicht auf Wanderschaft gehen und somit ist Wasserstoff nicht leitend. Welches Atom wie viele Elemente aufweist, ist aus dem Periodensystem auszulesen. Eine gute Darstellung des Periodensystem ist unter http://ps.aboutblank.net/pse.php zu finden.
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ist der Aufbau eines Leiters zu erkennen. Durch die kristaline Anordnung
sind die Elektronen der äussersten Schicht in der Lage sich von einem Atom zum
anderen zu bewegen.
Nichtleiter habe keine kristalline Form und verfügen über keine freien Elektronen.
Die Menge der vorhandenen freien Elektronen, das Wandern der freien Elektronen
von einem Atom zum anderen so wie die Bewegung der Elektronen ergibt zusammen den
elektrischen Strom.
Lässt sich aus einem Atom, ein Elektron entfernen, so entsteht ein Ungleichgewicht welches wir als eine Spannung U in Volt messen können. Sind unterschiedliche Spannungen vorhanden, existiert ein Spannungsdifferenzial. Es könnte ein Strom fliesen. So ist das in der Batterie. Am Minuspol existiert ein Überschuss von Elektronen. Am Pluspol herrscht Elektronenmangel. Es existiert also eine Spannung zwischen Minuspol und Pluspol der Batterie. Die Spannung können wir mit einem Universalmessgerät messen indem wir das Messgerät auf die zu erwartende Spannung einstellen und mit den Klemmen die beiden Pole des Spannungserzeuger berühren.
Wird
zwischen Minus und Plus eine leitende Verbindung hergestellt, können die
Elektronen vom einen Pol zum anderen fliessen. Der Strom fliest. Elektronen bewegen
sich sehr langsam. Nur wenige Millimeter pro Sekunde. Sie bewegen sich von
Minus nach Plus. Diese Bewegung ist der Strom I den wir in Ampere
messen können. Die Masseinheit geht auf André-Marie Ampere, einem
französichen Physiker von 1775-1836 zurück. Den Strom können wir erst messen, wenn der Stromkreislauf
geschlossen ist, also ein Verbraucher angeschlossen ist.
Wenn in einer Sekunde durch einen Leitungsquerschnitt 6,25 * 10^18 Elektronen, so messen wir genau 1 Ampere.
Strom
muss, wie das Blut in unserem Körper, in einem Kreis herum fliessen. Strom
besteht im wesentlichen aus der Bewegung von Elektronen und deren Schwingung in den Drähten. Ein
Elektron ist ein sehr kleines Teilchen. In den Drähten hat es viele, freie
Elektronen.
Die Reise der Elektronen beginnt im Kraftwerk. Ein Magnet dreht sich in einer Kupferspule. Durch die Drehung des Magnetfeldes werden die freien Elektronen zum Schwingen angeregt. Sie bewegen sich gleichzeitig in Richtung der Drehung des Magneten.
Eine
Lampe besteht aus einem sehr dünnen Draht. Gelangen diese Elektronen zur Lampe
stellt dieser dünne draht ein Hindernis für die Elektronen dar. Ein Wiederstand. Die Elektronen
drängen sich durch diesen Wiederstand hindurch. Sie reiben sich aneinander.
Durch die Reibung entsteht Wärme und diese bringt den Lampendraht zum glühen.
Die Lampe brennt.
Soll die Lampe ein- und ausgeschaltet werden können, so muss der Stromkreislauf an einer Stelle unterbrochen werden. Wir bauen also einen Schalter.
Genau gleich funktioniert das mit einer Batterie. Der eine Draht, führt vom Pluspol der Batterie zum Schalter. Vom Schalter geht es zur Lampe und von dort zurück in die Batterie.
Durchfliest der Strom eine Verengung, wie dies zum Beispiel ein Lampendraht ist, so entsteht ein Gedränge. Die Elektronen drängen durch die Verengung, reiben sich aneinander. Wärme entsteht, der Lampendraht beginnt zu glühen und strahlt auch Wärme ab. Wir sprechen bei dieser Verengung von einem Verbraucher, einem Wiederstand. Der Wiederstand R wird in Ohm gemessen.
Die Bezeichnung Ohm geht auf Georg Simon Ohm, deutscher Physiker von 1787 bis 1854 zurück.
Beispiel für spezifische Widerstände
| Werkstoff | Ohm pro mm2/m |
|---|---|
| Silber: | 0,0149 |
| Kupfer | 0,0178 |
| Aluminium | 0,02141 |
| Eisen | 0,1400 |
Die Menge an Energie welche durch einen Wiederstand frei gesetzt wird, die Leuchtkraft einer Lampe oder die Kraft eines Motors messen wir in Watt. Volt mit Ampere multipliziert ergibt Watt. Die maximale Leistung welche eine Batterie hergibt kann so errechnet werden. Auch die für eine Glühbirne notwändige Leistung kann errechnet werden. Doch davon später mehr.
Müssten wir den Strom zeichnen, würden wir eine Sinuskurve zeichnen. Diese Kurve erhält nun auch Zahlen mit welcher wir sie messen können.
