Strom und seine Entstehung: Hintergrundwissen zu Strom und Spannung, bzw. der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom
Elektrizität besteht aus Elektronen, die eine negative elektrische Ladung besitzen. Die geladenen Elektronen sind wiederum Bestandteile von Atomen. Sie kreisen um den Atomkern, welcher wiederum aus Neutronen und Protonen besteht. Für die Elektrizität von Bedeutung sind hierbei die Protonen. Sie sind nämlich elektrisch positiv geladen und sind daher in der Lage die negativ geladenen Elektronen anzuziehen.
Diese Anziehungskräfte zwischen Protonen und Elektronen halten das Atom zusammen. Jedes Atom besitzt gerade so viel Elektronen die Protonen. Durch dieses Gleichgewicht wirken Atome nach außen hin nicht elektrisch geladen, dies bedeutet Atome sind an und für sich als elektrisch neutral anzusehen.
Im Allgemeinen wird die positive und negative Ladung durch die gleiche Anzahl ausgeglichen. Nun sind Atome in der Lage etwa durch Reibung Elektronen abzugeben, was dazu führt, dass das Atom eine positive Ladung erhält, da nun die Protonen in der Überzahl sind. Dieser Wechselvorgang in großem Maßstab kann vom Menschen zur Energiegewinnung genutzt werden.
In Kraftwerken werden durch Generatoren, Turbinen und Transformatoren solche Ladungszustände erzeugt. Grundsätzlich lässt sich also feststellen, dass Elektronen auf verschiedenen Seiten angehäuft oder dezimiert werden können. Zwischen diesen beiden Seiten entsteht ein Ladungsunterschied, das heißt eine Spannung. Wird die Spannung in diesem elektrischen Feld groß genug, so kommt es zu einem Elektronenausgleich. Es entsteht ein Stromfluss zwischen den Ladungsträgern.
Die elektrische Spannung:
Mit elektrischen Spannung könnte man den Druck bezeichnen, mit welchem die Elektronen durch die leitenden Materialien bewegt werden. Die Einheit für die Spannung wird in Volt gemessen. Die Bezeichnung richtet sich nach den italienischen Wissenschaftler Alessandro Volta, der vor rund 200 Jahren die älteste elektrische Batterie herstellte. Um einen Überblick über die verschiedenen Spannungsgrößen aufzuzeigen, sei hier erwähnt, dass eine kleine Mignon-Batterie etwa 1.5 Volt, eine Autobatterie bekannter weise 12 Volt, eine Steckdose 220 Volt und ein Blitz über 100 Millionen Volt Spannung überträgt.
Die Stromstärke:
Die Stromstärke bezeichnet die Menge an Elektronen, die pro Sekunde durch den Leiter strömen. Die Einheit der Stromstärke heißt Ampere und wurde nach dem französischen Physiker André Marie Ampere benannt.
Die elektrische Leistung:
Die elektrische Leistung hängt von der Stromstärke und von der Spannung ab. Hierbei ist besonders die Wechselwirkung zwischen Spannung und der Stärke von Bedeutung, so kann man Strom mit niedriger Spannung verbrauchen, wobei jedoch die Stromstärke entsprechend höher sein muss, um die gleiche Leistung zu erzielen. Die elektrische Leistung wird in Watt gemessen.
Gleichstrom:
Unter Gleichstrom versteht man einen elektrischen Strom, der seine Richtung aber auch seine Stromstärke beibehält, und somit zeitlich stabil bleibt. Nahezu alle Haushaltsgeräte und kleineren Elektrogeräte, wie etwa Radios oder Computer benötigen Gleichstrom. Jedoch können Verbraucher aus den Steckdosen lediglich Wechselstrom beziehen. Ein so genannter Gleichrichter wandelt hierbei den Wechselstrom aus dem öffentlichen Stromnetz in den benötigten Gleichstrom um.
Wechselstrom:
Der Wechselstrom zeichnet sich dadurch aus, dass sich seine Stromrichtung laufend ändert. Dies geschieht mit einer bestimmten Frequenz, welche eine Periode bildet. Jede Periode setzt sich aus einer positiven und einer negativen Zeitdauer, während der Strom in die eine oder andere Richtung fließt, zusammen.
Wechselstrom ermöglicht es zwischen unterschiedlichen Stromspannungen umzuschalten. Dies geschieht durch einen Transformator. Die erwähnte Frequenz des Stromnetzes beträgt in Europa 50 Hz. In den Vereinigten Staaten von Amerika und in Ostasien treten dagegen Frequenzen von 60 Hz im Stromnetz auf.