Die Elektrizität und die Polarität gehören zu den Triebfedern des Lebens. Heute sind wir alle vom elektrischen Strom abhängig. Wir nutzen ihn täglich, aber verstehen wir auch, wie er funktioniert?

Platzsparende 3-fach-Steckdose, Foto (C) Marcin Wichary / flickr

Platzsparende 3-fach-Steckdose, Foto (C) Marcin Wichary / flickr

 

Als „elektrisch“ bezeichnet man alle Phänomene, die mit magnetischen Ladungen zu tun haben. Mit „Strom“ ist eigentlich ein Elektronenfluss in eine Richtung gemeint. Strom ist definiert als geflossene Ladung (Anzahl der Elektronen) pro Zeit. Obwohl die Elektrizität irgendwann entdeckt wurde, ist sie nichts rein Technisches, sondern ein Naturphänomen, das uns in vielen Formen vertraut ist. Zum Beispiel funktioniert auch das Nervensystem des Menschen mit elektrischen Impulsen. Die Welt ist voll mit elektromagnetischen und polaren Prinzipien, Gegensätzen, Unterschieden (Potentialen) und Spannungsfeldern. Ohne sie wäre keine dynamische Entwicklung möglich.

 

Positive und negative Ladungen

Ladungen mit gegensätzlichem Vorzeichen ziehen sich an, und solche mit gleichen Vorzeichen stoßen sich ab. Doch was sind Ladungen? Jeder Magnet hat einen Pluspol und einen Minuspol. Und alles besteht aus Atomen. Jedes Atom enthält einen Kern (bestehend aus positiv geladenen Protonen und Neutronen) und frei beweglichen Elektronen, die um den Kern herumkreisen und negativ geladen sind. Die Elektronen fliegen nicht weg, weil sie durch ihre Ladung magnetisch mit dem Kern verbunden sind. Die einzelnen Atome fliegen nicht zusammen, weil sie gleich geladen sind und sich daher abstoßen. Wenn man Elektronen wegnimmt, entsteht eine Anziehungskraft, denn das Atom versucht die fehlenden Elektronen zu ersetzen. Eine Ladung ist immer dann vorhanden, wenn die Elektronen in einem Stoff nicht ausgeglichen sind.

 

Kraftwerke und Generatoren

Um die Elektronen vom Atomkern weg zu bringen, ist ein Energieaufwand notwendig. Generatoren sind im Prinzip Anlagen, die Elektronen in Spannung versetzen. Ein Generator generiert elektrische Energie aus Sonnenlicht, Wärme (Erdwärme, Abwärme, Biogas und anderen Brennstoffen), Bewegung (Windräder, Wasserräder, Gasturbinen) oder Energie aus chemischen Prozessen. Freie-Energie-Generatoren sind an keine herkömmlichen Energieträger gebunden, sondern nutzen ständig vorhandene Energiequellen wie die Erdanziehung, den Auftrieb, den Casimir-Effekt, Pyramiden-Energien, Plasma-Energien, die Raumenergie und so weiter.

 

Gute und schlechte Leiter

Bei Metallen sind die Atome rasterförmig angeordnet, so dass sich die Elektronen in den Zwischenräumen leicht bewegen können. Bei Nichtleitern und in der Luft ist die Atomstruktur chaotischer. Der Strom sucht sich daher den leichteren Weg durch das Metallkabel und nicht durch die Luft. Die Elektronen bewegen sich im Kabel fort, indem sie sich gegenseitig anschubsen. Wenn der Draht sehr fein ist und es daher sehr eng wird für die Elektronen, beginnt der Draht zu glühen. So funktioniert eine Glühbirne.

 

Hochspannungsmasten sind weithin sichtbare Bauwerke unseres leitungsgebundenen Sromnetzes. Foto (C) Angle Trenz / flickr

Hochspannungsmasten sind weithin sichtbare Bauwerke unseres leitungsgebundenen Sromnetzes. Foto (C) Angle Trenz / flickr

 

Stromspannung

Ohne Spannung (= Ungleichgewicht) und ohne Magnetfeld fließt kein Strom. Wenn Kupfer-Atome mit einem Magnetfeld in Berührung kommen, das sich in Bewegung befindet, dann bewirkt die Kraft des Magnetfeldes, dass aus den Kupfer-Atomen die Elektronen herausgerissen werden. Je mehr Windungen eine Kupferspule hat, umso mehr Elektronen werden herausgeschleudert. Derselbe Effekt ergibt sich, wenn Magneten sich um eine Spule drehen. Je schneller die Drehung, umso mehr Spannung entsteht. Ein Elektrizitätswerk erzeugt Strom durch Bewegungen eines Magnetfeldes in einer Spule. Mit einem Trafo kann man Spannung auf die Spulen geben und erreicht damit, dass sich das Magnetfeld dreht. So wird aus dem Generator ein Motor.

 

Stromstärke, Stromleistung und Widerstand

Um 100 Watt Leistung zu erreichen, können viele Elektronen entweder relativ langsam durch einen Draht fließen (große Stromstärke, kleine Spannung) oder nur wenige Elektronen fließen mit größerer Geschwindigkeit (kleine Stromstärke, große Spannung).

Die Stromstärke wird angegeben in Ampere. Die Spannung ist die Kraft, die die Elektronen anschiebt. Sie wird gemessen in Volt. Die Spannung ist gleich Widerstand (in Ohm gemessen) mal Stromstärke. Je geringer der Widerstand, umso geringer muss die Spannung sein, um eine bestimmte Stromstärke zu erreichen. Jedes elektrische Gerät, das eingeschaltet ist, ist ein Widerstand. Sicherungen erlauben in der Regel eine maximale Stromstärke von 16 Ampere. Falls zu viele Geräte gleichzeitig an einem Stromkreis betrieben werden, geht die Sicherung durch.

 

Gleichstrom und Wechselstrom

Thomas Edison gilt als Erfinder des Gleichstroms: Der Strom fließt immer gleich in eine Richtung. Nikola Tesla ist der Erfinder des Wechselstroms. Der Strom fließt periodisch immer hin und her im Stromnetz, in Europa 50 Mal pro Sekunde (230 Volt bei einer Netz-Frequenz von 50 Hertz). Heute werden beiden Arten von Strom genutzt, denn sie haben ihre Vor- und Nachteile. Im Stromnetz befindet sich Wechselstrom, weil dieser leichter transportiert werden kann. Manche Geräte brauchen Gleichstrom, andere Wechselstrom. Gleichstrom wird in PCs genutzt, in Radios und Fernsehgeräten. Die Gleichstrom-Geräte haben eine Gleichrichter-Schaltung eingebaut, mit der sie den Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Wechselstrom verwenden zum Beispiel Motoren, Mixer, Bohrmaschinen und E-Herde. Bei Batterien sind durch einen chemischen Prozess auf der Minus-Seite Elektronen angehäuft, die auf der anderen Seite fehlen. Es entsteht ein Gleichstrom vom Minuspol zum Pluspol.

 

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Irmgard Brottrager, Dipl.Ing. für Architektur und Innenarchitektur,

Ganzheitliche Raum-Gestaltung und Europäisches Fengshui 

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Literatur-Übersicht

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