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In der Elektrotechnik wird ein aktiver Zweipol, das heisst ein Bauelement mit zwei Anschlüssen (Klemmen) als Spannungsquelle bezeichnet, wenn dadurch eine elektrische Spannung geliefert wird. Die Stromstärke hingegen ist hier in den meisten Fällen vernachlässigbar. Die elektrische Spannung der Elektrizitätslehre ist etwas komplett anderes als die Druck- oder Zugspannung in der Mechanik.
Werden zwei entgegengesetzte Ladungen Q zweier elektrisch geladener Körper im Abstand r entgegen der Coulombkraft verschoben, wird eine Verschiebungsarbeit W verrichtet. Diese Verschiebungsarbeit wird als potenzielle Energie im System gespeichert. Die Spannung U in Joule pro Coulomb beziehungsweise Volt ist die Potenzialdifferenz der potenziellen Energie zwischen beiden Abständen. Verschiebt man somit eine elektrische Elementarladung e gegen eine Spannung U von einem Volt ist dazu ein Energiebeitrag notwendig, das Elektronenvolt eV.
Eine Stromquelle ist wie die Spannungsquelle ebenfalls ein aktiver Zweipol, mit dem Unterschied, dass an diesen Anschlüssen Strom geliefert wird. Im Gegensatz zur elektrischen Spannung ist der Strom ein Ladungsfluss frei beweglicher Elektronen, den Leitungselektronen, die vom negativen Pol der Klemme zum positiven Pol wandern. Die Stromstärke hängt an der Stromquelle genauso wenig von der Spannung ab wie umgekehrt. Sie ist im Idealfall unabhängig vom angeschlossenen Verbraucher. Unterschiedliche Stromquellen liefern:
Das Schaltzeichen für eine Stromquelle in einem Stromkreis ist ein Kreis mit durchzogener Mittellinie, wohingegen eine Spannungsquelle als gleichschenkliges U mit jeweils einem kleinen Kreis an jedem der Schenkel gekennzeichnet wird.
In der Elektrik ist eine ideale Spannungsquelle unabhängig vom Strom und liefert entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung. Beispiele für Spannungsquellen sind:
Das galvanische Element, als erste künstliche Quelle elektrischer Energie, ist eine Gleichspannungsquelle, welche sich die unterschiedliche Löslichkeit verschiedener Materialien in einem Elektrolyten zunutze Macht. Eine Batterie mit einer Zelle, die nach diesem Prinzip arbeitet, liefert eine Gleichspannung von 1,5 Volt. In Reihe n geschaltete Zellen liefern somit eine Gleichspannung von n mal 1,5 Volt. Wechselspannungen werden hingegen mit einem Dynamo erzeugt und ändern sich periodisch mit der Zeit. Die Spannungsquelle kann zudem in ideale und reale Spannungsquellen unterteilt werden. Eine ideale Spannungsquelle liefert eine konstante Spannung unabhängig von Strom und Verbraucher. Reale Spannungsquellen sind hingegen ideale Spannungsquellen, die eine Leerlaufspannung liefern und vom Innenwiderstand beeinflusst werden.
Stoffe mit weniger oder mehr frei beweglichen Ladungsträgern werden als elektrische Leiter bezeichnet und von den Nichtleitern oder Isolatoren unterschieden. Der Leiter, der beim Anlegen einer Spannung dem Elektronenfluss einen Innenwiderstand aufgrund von Reibung entgegensetzt, ist abhängig von der Spannung, die ein Ladungsgefälle bewirkt. Die Spannung U in Volt ist direkt proportional zur Stromstärke I in Ampere sowie dem Widerstand in Ohm (V/A). Die unterschiedlichen Widerstände von Materialien hängen direkt mit deren spezifischer Leitfähigkeit zusammen. Der spezifische Widerstand beziehungsweise dessen reziproker Wert, die Leitfähigkeit, sind Materialkonstanten, die in Verbindung mit der Länge und dem Querschnitt des leitenden Materials den elektrischen Widerstand ergeben.
Der Innenwiderstand ist ein Effekt, der bei allen Spannungsquellen und Leitungen auftritt. Soll der Spannungswert der Klemmenspannung weitestgehend der Quellenspannung entsprechen, muss der Innenwiderstand der Spannungsquelle so gering wie möglich sein. Sinkt der Widerstand der Spannungsquelle hingegen auf null, ist die Spannung gleich null und es entsteht ein elektrischer Kurzschlussstrom. Für den Ausgangswiderstand an der Spannungsquelle gibt es somit keinen einheitlichen Wert und er ist abhängig von:
Der Maximalstrom der Klemmenspannung wird durch den statischen Innenwiderstand (Statik) ermittelt.
Ein elektrischer Stromkreis entsteht durch die Reihen- oder Parallelschaltung elektrischer oder elektromechanischer Bauteile. Für eine elektrische Schaltung ist eine elektrische Energiequelle vonnöten, also ein Leistungserzeuger in Form einer Spannungsquelle oder einer Stromquelle. Ein einfacher Stromkreis besteht somit aus einem Erzeuger und einem Verbraucher, die über Leitungen miteinander gekoppelt sind. Dieser Stromkreis kann durch einen Schalter unterbrochen werden.
In allen Fächern und Klassenstufen lernt man: Damit in einem Stromkreis eine Spannung fliesst, muss eine elektrische Spannung, die Stromquelle, anliegen. In der Elektronik wird hingegen zwischen Spannungsquelle und Stromquelle unterschieden. Hier gilt:
Hierbei handelt es sich um idealisierte Modelltypen. Tatsächlich sinkt die Spannung bei Belastung mit höheren Stromstärken ab.
Es klingt wie Magie, ist aber Realität. Ein Metallkörper schwebt scheinbar schwerelose im Raum, ohne jedweden äusseren Einfluss. Dieses Bild eines Supraleiters begeistert nicht nur Science-Fiction Fans, sondern gehört mittlerweile in jeder Physikoberstufe zum Lehrplan. Die Details dahinter klingen nahezu so fantastisch wie der Vorgang selbst, den die Welt übrigens bereits am 8. April 1911 zum ersten Mal bestaunen durfte. Mit der Abkühlung von Quecksilber auf vier Grad über absolut Null (minus 269 Grad Celsius), gelang dem niederländischen Physiker und Nobelpreisträger Heike Kamerlingh Onnes die Sensation: Der elektrische Widerstand des Metalls ging auch gleich null, der Supraleiter war geboren.
Die Begriffe Scheinleistung, Blindleistung und Wirkleistung stehen in Zusammenhang mit Wechselstromkreisen und sind Begriffe aus der Elektrotechnik. In einem Netz fliesst Energie von Erzeugern zu Verbrauchern. Wenn in dem Verbraucher eine Spule oder ein Kondensator verbaut ist, dann wird ein Teil der Energie dazu benutzt, ein Magnetfeld aufzubauen. Die Scheinleistung beschreibt in einem solchen Netz die Energieverluste, die entstehen, wenn einem Verbraucher Energie zugeführt wird. Um die Scheinleistung genauer zu erklären, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen erläutern.
Vor allem ältere Stromkabel nutzen sich mit der Zeit ab und es kann zu einem Kabelbruch kommen. Das passiert auch oft dann, wenn Kabel bei anderen Arbeiten aus Versehen in Mitleidenschaft gezogen werden. Doch wenn kleinere Kabel in deinem Haus brechen, musst du nicht direkt einen Elektriker anrufen. Mit unseren Tipps führst du die Elektroinstallation einfach selbst durch. Dabei ist es egal, ob du nach einem Defekt die Stromkabel verbinden oder zum Beispiel eine Lampe anschliessen willst. Mit unserer Anleitung machst du in einfach gelagerten Fällen nichts falsch.
In der Regel arbeiten Transistoren in Verstärkerschaltungen so, dass sie ein Eingangssignal linear und unverzerrt verstärken. Doch lassen sich Transistoren auch als Schalter verwenden. Dabei wechseln sie zwischen zwei Arbeitspunkten in zwei Betriebszuständen. Transistoren eignen sich als kontaktloser Schalter kleiner und mittlerer Leistungen. Zum Verständnis der Funktionsweise von Transistoren als Schalter gilt es eine Reihe von Punkten zu klären. Wir erklären dir die wichtigsten.
Gab es in der Schweiz in letzter Zeit einen Stromausfall? Wie lange liegt der letzte Blackout zurück? Und vor allem: Warum kam es dazu? Insgesamt ist die Stromversorgung in der Schweiz sehr gut aufgestellt. Kommt es dennoch zu einem Strommangel, gibt es einen Notfallplan. Aber welche Auswirkungen kann ein Stromunterbruch haben? Wie hoch ist eigentlich das Risiko eines Blackouts in der Schweiz und mit welchen Gefahren ginge er einher? Wir haben die häufigsten Fragen zum Thema Stromausfälle in der Schweiz und Energie zusammengetragen und für dich beantwortet!
Volumenstromregler regulieren den Luftstrom, vor allem in Lüftungsanlagen. Sie können als Low-Tech-Bauteile auf einen bestimmten Wert voreingestellt werden oder als variable Volumenstromregler mit Stellantrieb den Befehlen einer Gebäudeautomation gehorchen. Letztere erlauben es, die Zu- und Abluft für jeden einzelnen Raum grosser Gebäudekomplexe zentral zu steuern. Damit sind sie in modernen Gebäuden zu unverzichtbaren Ausführungsgehilfen der Gebäudeleittechnik geworden.