Grundlagen der Elektrotechnik (GET)
DER ELEKTRISCHE STROM (I)
Transport elektrischer Ladung wird als Strom bezeichnet.
F-Elstr-1 : Die pro Sekunde durch den Leiterquerschnitt transporierte Ladungsmenge wird Stromstärke genannt.
F-Elstr-2 : Stromkreis enthält eine Strom- bzw. Spannungsquelle, einen Verbraucher und einen Leiter. Die technische Stromrichtung geht von + nach -. Die Stromstärke ist im gesamten Stromkreis gleich groß. Bewegungsrichtung der Elektronen ist der technischen Stromrichtung entgegengesetzt.
Der Minus-Pol pumpt viele freie Elektronen zum Plus-Pol. Der Verbraucher, im Bild eine Lampe, setzt den freien Elektronen einen Widerstand entgegen. Physikalische Stromrichtung: (Elektronenstrom) Da die negativen Ladungsträger den Stromfluss tragen, fließen die Elektronen von Minus nach Plus. Im äußeren Stromkreis fließt der physikalische Strom von Minus(-) nach Plus(+).Anmerkung 1
DIE WICHTIGSTEN WIRKUNGEN DES ELEKTRISCHEN STROMS- Wärmewirkung: Sie tritt bei der Elektronenbewegung, unabhängig von der Stromrichtung -in jedem Leiter auf (z.B. bei Bügeleisen, Lötkolben).
- Magnetische Wirkung: die ein Stromdurchflossener Leiter immer hervorruft z.B. Elektromagneten, Lautsprecher, usw. Durch die magnetische Wirkung kommt eine KRAFTWIRKUNG, z.B. bei Elektromagneten zustande.
- Lichtwirkung: z.B. bei Glühlampen durch Ausennützung der Wärmewirkung, bei Leuchtstoffröhren bei Gasentladung.
- Elektrolytische Wirkung: z.B. Zerlegung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff.... u. dgl.
- Physiologische Wirkung: als Wirkung auf Lebewesen. Sie wird wohldosiert in der Elektromedizin nutzbringend angewendet
Gefährdung des menschlichen Körpers durch den elektrischen Strom
Der Strom bewirkt im menschlichen Körper elektrolytische Zesetzungen. Bei Stromstärken über (10...50) mA und bei Einwirkungszeiten größer 0,2s tritt meist Bewustlosigkeit auf.Bei Stromstärken über 100mA und bei einer Zeit größer als 0,2s kommt es - sofern der elektrische Strom über das Herz fließt - zu einem so genannten Herzkammerflimmern, somit zu einer tödlichen Gefahr!
Ein Strom fließt von der Berührungsstelle über den menschlichen Körper zur Erde und zurück in das Netz.
Die Stromstärke hängt von der Spannung und vom Körperwiderstand des menschlichen Körpers ab. Der ungünstige Fall ergibt sich:
1) bei nassen Händen und Füßen
2) bei großflächiger Umfassung von Teilen eines Elektrogerätes, die unter Spannung stehen.
Nach ÖVE - EN1 sind als Schutz gegen unzulässige hohe Berührungsspannungen (50V~ und 120V) z.B. bei Isolationsfehlern, "Schutzmaßnahmen bei indirekter Berührung" erforderlich.
Ein Fehlstrom - (FI) - Schutzschalter schaltet in weniger als 0,2 Sekunden die Stromversorgung ab.
Die gefährdende Wirkung des elektrischen Stromes ist bei Tieren wegen den höheren Empfindlichkeiten und durch den meist gutem Kontakt mit der Erde noch größer als bei Menschen.
DIE ELEKTRISCHE SPANNUNG (U)
Elektrische
Spannung entsteht durch Ladungstrennung
- Erzeugung durch Elektromagnetische Induktion (Generatoren)
- Erzeugung elektrochemisch (Akku, Batterie)
- Photoelektrisch (Solarzellen)
- Thermoelektrisch
F-Elstr-3 : Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole, mit unterschiedlicher Ladung. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen. Auf der anderen Seite ist der Minuspol mit einem Überschuß an Elektronen. Diesen Unterschied der Elektronenmenge nennt man elektrische Spannung. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen, kommt es zu einer Entladung. Bei diesem Vorgang fließt ein elektrischer Strom I.
Spannungsarten:
- Kleinspannung U < 42 V
- Niederspannung U < 1000 V (230V, 400V)
- Hochspannung U > 1000 V
- Höchstspannung U > 100 kV
Erzeugung Elektrischer Energie
- Kraftwerke: Sie wandeln mechanische Energie in elektrische um
- Wasserkraftwerke: Laufkraftwerke, Speicherkraftwerke
- Kalprische Kraftwerke: Fossile Brennstoffe, Atomstrom
- Windkraftwerke: -
Der Gleichstromkreis
AUFBAU: Der Stromkreis enthält neben der Spannungsquelle, den verbindenden Leitungen auch einen Verbraucher (elektrischer Widerstand).
F-Elstr-4 :
Das AMPEREMETER dient zur Strommessung und wird in
Serie zum Verbraucher geschaltet.
Das VOLTMETER wird parallel zum
Verbraucher geschaltet und dient der
Spannungsmesse.
Schaltungssymbole für Verbraucher:
DAS OHMSCHE GESETZ
F-Elstr-5 : Legt man einen Widerstand R an eine Spannung U und bildet einen geschlossenen Stromkreis, so fließt durch den Widerstand R ein bestimmter Strom I.
Je größer die Spannung am Verbraucher ist, umso größer ist auch die Stromstärke. Die Stromstärke ist der angelegten Spannung direkt proportional
Das Verhältnis aus Spannung und Stromstärke wird ohmscher Widerstand genannt.
Formeln des Ohmschen Gesetzes:Das Ohmsche Gesetz kennt drei Formeln
zur Berechnung von Strom, Widerstand und Spannung:
F-Elstr-6 : Soll durch einen Widerstand R der Strom I fließen, so muss die Spannung U berechnet werden.
F-Elstr-7 : Fließt durch einen Widerstand R ein Strom I, so liegt an ihm eine Spannung U an.
F-Elstr-8 : Liegt an einem Widerstand R die Spannung U, so fließt durch den Widerstand R ein Strom I.
Das magische Dreieck
F-Elstr-9 : Das magische Dreieck kann als Hilfestellung verwendet werden um die verschiedenen Formeln des Ohmschen Gesetzes zu ermitteln. Den Wert, der berechnet werden soll, wird herausgestrichen. Mit den beiden übrigen Werten wird das Ergebnis ausgerechnet.
Beispiel 1
Wie groß ist der Widerstand, an dem bei einem Strom von I = 0,12mA eine Spannung von U = 1,8V abfällt?
Beispiel 2
Wie groß ist der Strom in einem Widerstand R=40Ω, der an einer Spannung U=24V liegt?Mit der Gleichung I = U/R erhält man: I = 0,6A
Kontrolle: z.B.: U = I*R = 0,6A + 40Ω = 24V
Beispiel 3
Wie Groß sind der Leitwert G und der Strom I wenn ein Widerstand R = 100Ω an einer Spannung U = 12V angeschlossen wird.
Uebung 1
Die Spannung U beträgt 500V und der Kehrwert des Ohmschen Widerstandes also der Leitwert G beträgt 20mS. Berechnen Sie die Stromstärke I.
