Elektrische Grundlagen

U = Volt/I = Amper/R = Wiederstand/P = Leistung

Q = Ladung/ t = Zeit

Geg:    t = 3.25h    I = 8 (A)

Ges: Q

Formel: Q = I x t    8 x 3.25 = 26 Ah

Lösung: 26 Ah

Geg:  t = 6s    Q = 8 mAs

Ges: I

Formel: I = Q : t    8 : 6 = 1.33

Lösung: 1.33 mA

Trennt man verschiedene Ladungen voneinander, muss gegen die Anziehungskraft eine Arbeit verrichtet werden. Zwischen den getrennten Ladungen entsteht eine elektrische Spannung, eine Potentialdifferenz.

• Induktive Spannungserzeugung
• Chemische Spannungserzeugung
• Thermoelektrizität
• Fotoelektrizität
• Piezoelektrizität
• Reibungselektrizität

Jedes sich ändernde Magnetfeld erzeugt in einer Leiterschlaufe eine elektrische Spannung. 

Anwendung:

Generatoren /Fahrraddynamos /Kraftwerksgeneratoren 

Taucht man unterschiedliche Metalle in leitende Flüssigkeiten (Elektrolyt), so entsteht aufgrund der unterschiedlichen Lösungsdrucke eine elektrische Spannung. 

Anwendung 

Elektrochemische Spannungsquellen Batterien, Monozellen (galvanische Elemente) Akkumulatoren

Beim thermoelektrischen Effekt ist die direkte Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie möglich. 

Anwendung

Thermoelemente Temperaturmessung und Temperatur-Fern-Messung

Im Foto-Element entstehen durch die Bestrahlung mit Licht in einer dünnen Siliciumplatte freie Elektronen, die durch die Sperrschicht im Silicium auf eine Seite der Schicht gedrängt werden. 

Anwendung 

Fotoelemente Ausnützung der Sonnenenergie als Stromquelle Satelliten, Taschenrechner, Uhren, Solarzellen 

Ein Piezokristall ist quer zur elektrischen Achse aus Quarz, Turmalin oder SeignetteSalz herausgeschnitten. Druckwechsel erzeugte eine Wechselspannung, die durch Metallbeläge an den Kristallseiten abgenommen werden können. 

Anwendung

Piezo- Kristalle in Kristall- Tonabnehmern Plattenspieler, Kristallmikrofone, Drucksensoren

Bei der Trennung zweier Körper entstehen elektrostatische Ladungen. Dies ist der Fall beim Reiben von zwei ungleichen, möglichst isolierenden Stoffen.

Anwendung

Elektrostatische Aufladung Ungewollte Aufladung bei Kunststoffen, Fahrzeugen

Das Verschieben elektrischer Ladungen nennt man elektrischen Strom. Voraussetzung für einen Stromfluss (Elektronenbewegung) sind immer eine elektrische Spannung (Spannungsquelle) einen angeschlossenen Verbraucher und der Stromkreis muss geschlossen sein.

• Wärmewirkung
• Magnetische Wirkung
• Lichtwirkung
• Chemische Wirkung 
• Wirkung auf Lebewesen (physiologische Wirkung)

Der elektrische Strom erwärmt jeden Leiter. 

Anwendung

Elektroherde Bügeleisen Tauchsieder Schmelzsicherungen etc.

Der elektrische Strom verursacht immer in seiner Umgebung eine magnetische Wirkung. 

Anwendung

Elektromagnete Elektromotoren Schützen, Relais Türöffner Etc.

Der elektrische Strom bringt das Gas in einer FL-Leuchte zum Leuchten, in einer Glühlampe wird der Wolframdraht erwärmt, bis er leuchtet.

Anwendung

Leuchtstofflampen Glimmlampen Leuchtdioden Etc. 

Der elektrische Strom zerlegt leitende Flüssigkeiten.

Anwendung

Elektrolyse Galvanisieren Akkumulatoren etc.

Beim Berühren blanker elektrischer Leitungen kann durch den menschlichen Körper ein elektrischer Strom fliessen. Man erhält einen elektrischen Schlag.

Anwendung

Elektroweidezäune Viehbetäubung Elektromedizinische Geräte etc.

Fliesst Strom durch einen metallischen Leiter, so bewegen sich die freien Elektronen zwischen den Atomen des Leiterwerkstoffs hindurch. Die Atome sind nicht in Ruhe, sondern schwingen, auch bei normaler Temperatur, in allen Richtungen um ihre Ruhelage. Dadurch werden aber die freien Elektronen in ihrer Bewegung behindert. Ein guter Leiter besitzt viele freie Elektronen (z.B. Kupfer, Gold, Aluminium) In einem schlechten Leiter bewegen sich die Elektronen kaum (z.B. Konstantan, alle Isolierstoffe).

G

Man unterscheidet zwischen einer Serieschaltung, einer Parallelschaltung und einer entsprechenden Kombination, der gemischten Schaltung.

Bei der Serienschaltung sind die einzelnen Verbraucher nacheinander geschalten, so dass sie vom selben Strom durchflossen werden. Man nennt die Serienschaltung auch Reihenschaltung oder Hintereinanderschaltung

Strom In der Reihenschaltung fliesst überall der gleiche Strom.

I = I1 = I2 = I3 = I4

Spannung Bei der Reihenschaltung ist die Summerder Teilspannungen an den Verbrauchern so gross wie die angelegte Spannung.

U = U1 + U2 + U3 + U4

Widerstände Bei der Reihenschaltung ist der Gesamtwiderstand gleich der Summeder Teilwiderstände.

R = R1 + R2 + R3 + R4

Bei der Parallelschaltung sind die Verbraucher nebeneinander geschalten. Dies ermöglicht mehrere Verbraucher unabhängig voneinander mit derselben Spannung zu betreiben. Daher schaltet man im Ortsnetz alle Verbraucher parallel.

Strom Bei der Parallelschaltung istder Gesamtstrom gleich der Summe der Teilströme.

I = I1 + I2 + I3 + I4

Spannung Bei der Parallelschaltung liegt anjedem Verbraucher dieselbe Spannung an.

U = U1 = U2 = U3 = U4

Widerstände Bei der Parallelschaltung ist der Gesamtwiderstand immer kleiner als derkleinste

G = G1 + G2 + G3 + G4

Sie ist das Produkt einer Spannung und einem Strom. Eine Spannung und ein Strom können nur gleichzeitig hervorgerufen, wenn ein Widerstand vorhanden ist. Physikalisch korrekter wäre, dass eine Leistung entsteht, wenn durch einen Widerstand ein Strom fliesst.

Watt/KW

Die elektrische Energie ist Leistung mal Zeit. Das heisst, sobald eine Leistung über einen bestimmten Zeitpunkt genutzt wird, entsteht auch eine elektrische Arbeit (Energie). 

Wh/KWh

Elektrische Maschinen und Apparate wandeln Energie um, wobei bei diesem Prozess immer Verluste entstehen. Diese Verlustleistung nennt man Wirkungsgrad η.

Der Wirkungsgrad wird auf dem Leistungsschild des Verbrauchers in % angegeben. Rechnerisch wird dies aber immer im Dezimalbereich angegeben und darf nie grösser als 1 sein.

Beispiel: 1 = 100% / 0,9 = 90%