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Strom

Spannung

Energie

Leicht verständliche Erklärung für jedermann

Aktualisiert: 2024-02-23

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Die Begriffe Strom, Spannung und Energie gehen uns fast täglich über die Lippen. Aber wissen wir eigentlich genau, was sie bedeuten und wie sie sich unterscheiden? Hier erfahren Sie leicht verständlich und mit spannenden Beispielen, was wirklich dahinter steckt.

Energie

- Was ist Energie - Energieformen, Energie-Umwandlung, Energieverluste

- EnergieQuellen - Woher kommt Energie, und wo bleibt sie (Wärmetod) ?

- Wie wertvoll ist Energie - Strompreis? - Wie teuer ist ein Blitz?

Strom und Spannung

- Ladung, Stromstärke, Spannung, Stromkreis

- Haushaltsstrom, Sicherungen, Kurzschluss

- Fehlersuche, Universal-Messgerät, Reparaturanleitung

- Hochspannung und Starkstrom

Energie

Die meisten Menschen haben ein ganz gutes Gefühl dafür, was Energie ist, können sie aber nicht zutreffend und allgemeinverständlich erklären. Das liegt u. a. an den höchst unterschiedlichen Erscheinungsformen von Energie, die oft unsichtbar ist, und ihre Auswirkungen erst offenbart, wenn sie "unterwegs" ist. Dazu ein einfaches Beispiel:

Ein Buch, das hoch oben im Regal steht, hat mehr Energie, als wenn es einen Meter tiefer auf dem Schreibtisch liegt. Weiter oben hat es die Energie gespeichert, die Sie ihm gegeben haben, als Sie es nach oben beförderten. Bekanntlich braucht man elektrische Energie, um eine Glühlampe zum Leuchten zu bringen. Nehmen wir doch einmal in Gedanken die dazu notwendige Energie aus dem besagten Buch. Wenn Sie mir nicht glauben, dass ich das mehrfach erfolgreich durchgeführt habe, können Sie es selbst ausprobieren. Wenn es Ihnen nicht gelingt, haben Sie etwas falsch gemacht!

Das Rezept: Binden Sie das Buch so an einen Zwirnsfaden, dass Sie es daran hochziehen können. Befestigen Sie oben am Regalbrett einen Fahrrad-Dynamo mit dem Rädchen über dem Abgrund, die Achse waagerecht. Schließen Sie an den Dynamo ein kleines Lämpchen an (Fahrrad-Rücklicht, 6 V - 0,3 W; und nicht vergessen: Der Stromkreis muss geschlossen sein!!). Nun wickeln Sie den Zwirnsfaden (mit dem freien Ende beginnend) um das Dynamo-Rädchen. Wenn man sorgfältig wickelt, kann man so 1 bis 2 Meter aufwickeln. Anschließend sollte das Buch, solange man das Rädchen gut festhält, an einem kurzen Fadenstück unter dem Dynamo hängen, mit freier Bahn nach unten. Wenn man jetzt das Rädchen plötzlich loslässt, saust das Buch in Folge seiner Gewichtskraft nach unten, wickelt dabei den Faden ab, dreht den Dynamo, und der lässt das Lämpchen leuchten, solange das Buch in Bewegung ist und den Faden abwickelt.

Je größer der dabei zurückgelegte Höhen-Unterschied ist, desto länger wird der Dynamo gedreht, desto länger leuchtet das Lämpchen. Wie dieses Beispiel erahnen lässt, ist in jedem "schweren" Gegenstand umso mehr Energie gespeichert, je höher er sich befindet. Beim Anheben führt man ihm Energie zu; wenn er oben liegt, ist die Energie in ihm gespeichert, und wenn er sich abwärts bewegt, gibt er die vorher zugeführte Energie wieder ab (in den meisten Fällen allerdings ungenutzt).

Mit einem Elektro-Auto kann man beim Bergab-Fahren ( / beim Bremsen) einen Teil der Energie nutzen, die beim Bergauf-Fahren ( / beim Beschleunigen) aufgewendet wurde. Mit dieser zurück gewonnen Energie wird die Batterie ein bisschen wieder aufgeladen ("Rekuperation").

So einfach das Beispiel mit dem Buch ist, so deutlich zeigt es doch, wie Energie in alltäglichen Lebenssituationen (Buch ins Regal stellen) umgesetzt wird und wie viele Energieformen an einfachen Vorgängen beteiligt sind. In diesem Buch-Dynamo-Lämpchen-Experiment sind es wenigstens die folgenden (und ich nenne ganz bewusst nur einige):

Buch heben	-> Lage-Energie zuführen
Buch saust hinunter	-> Bewegungs-Energie des Buches und Bewegungsenergie des Dynamo-Läufers
im Dynamo	-> magnetische Energie -> elektrische Energie
im Lämpchen	-> der Glühdraht wird erwärmt, er gibt Wärme-Energie und Licht-Energie (Strahlungs-Energie) ab...

... das trägt zum Aufheizen des Zimmers bei, und, nachdem die Wärme-Energie durch die Wände nach draußen gewandert ist, zur Erd-Erwärmung. Genau so enden letztlich alle Energie-Umwandlungen, die wir vornehmen. Die Erde strahlt zwar Wärme-Energie in den Weltraum ab, allerdings durch die Auswirkungen des Treibhaus-Effekts nur noch eingeschränkt.

Obendrein wird der Treibhauseffekt von den meisten Energie-Umwandlungen vergrößert, nämlich denjenigen, bei denen Kohlendioxid (CO₂) freigesetzt wird. Beispiele: Autofahren (mit Benzin, Diesel, Öl, Gas), Heizen (mit Feuer, Gas, Öl), Nutzung von Strom (aus Verbrennungs-Kraftwerken) usw. Auch der Betrieb der Atom-Kraftwerke ist nicht emissionsfrei, wie oft behauptet wird. (Siehe dazu den Artikel „Die CO2-Lüge“ unter Fehlentwicklungen.)

Wärmeenergie ist aber viel zu wertvoll, um als Abfall behandelt zu werden! Wie gehaltvoll sie sein kann, erkennt man, wenn man sie mit anderen Energieformen vergleicht: Um 1 Milli-Liter Eis von 0 Grad zu erhitzen und verdampfen, muss man eine bestimmte Menge an Wärme-Energie zuführen. Die gleiche Energie-Menge hat ein PKW von 1,2 Tonnen Masse, der eine 250 m tiefe Schlucht hinabstürzt, wenn er unten ankommt (in Form von Bewegungs-Energie), und wenn der PKW dabei auf einen harten Untergrund aufprallt und reichlich verformt wird, kann man sich die Energiemenge bildlich vorstellen. Man kann genauso gut sagen, mit dieser Energiemenge kann man den PKW 250 m hoch heben.

Wenn man sich mal den Wert der Energie vor Augen führt, indem man sich vorstellt, die Arbeit selbst zu verrichten, die Geräte oder Maschinen für uns machen, wird man feststellen, dass Energie viel zu billig verkauft wird. Ein Arbeitnehmer, der von morgens bis abends körperlich arbeitet, leistet im Schnitt höchstens 100 Watt und erhält dafür im Jahr vielleicht 25.000 Euro. Lassen wir ein elektrisches Gerät mit 100 Watt (z.B. eine Glühlampe oder Pumpe) genau so lange in Betrieb (220 Arbeitstage à 8 Stunden), zahlen wir dafür 55 Euro. Das führt natürlich zu einer unangemessen geringen Wertschätzung der elektrischen Energie!

Wegen des Anstiegs der Energiepreise wird immer wieder über eine sozialverträgliche Ausgestaltung der Energiewende diskutiert. Dabei werden sowohl die Senkung der Strompreise als auch die Unterstützung ärmerer Familien gefordert. Wenn dies darauf hinaus läuft, dass sozial Schwache den Strom verbilligt beziehen und verbrauchen können, ist das ein völlig falscher Weg und total kontraproduktiv. Viel sinnvoller wäre es, die Energiepreise stark progressiv zu gestalten, so dass die lebensnotwendige Grundversorgung generell günstig ist, der Mehrverbrauch pro Kopf aber deutlich teurer wird. So wird den Schwächeren geholfen und gleichzeitig der Verschwendung entgegengewirkt. Vor allem die Verteuerung des überdurchschnittlichen Verbrauchs ist eine wichtige Maßnahme, um die Wertschätzung für die wertvolle Energie nicht zu verlieren. Eine progressive Energiepreisgestaltung bietet die Gewähr für Wirksamkeit, Kostendeckung und soziale Gerechtigkeit.

Was ist Energie? Obwohl obige Beispiele vielleicht informativer sind als die eigentliche Beantwortung der Frage, versuche ich auch hier eine anschauliche Erklärung in mehreren fachlich korrekten Varianten:

1. Energie-Umwandlung:

"Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit" bedeutet:

Wenn Sie (oder eine Maschine) große körperliche Leistung lange Zeit erbringen, verrichten Sie viel Arbeit; diese Arbeit ist die Energie, die dabei umgesetzt wird, die also "unterwegs" ist.

2. Gespeicherte Energie:

In einem großen, voll geladenen Akku (z.B. Autobatterie) ist viel Energie gespeichert, das ist die Möglichkeit bzw. Fähigkeit viel Arbeit zu verrichten, also wieder große Leistung lange Zeit.

3. Energie-Erhaltung:

Nach dem so genannten "Energie-Erhaltungssatz" bleibt Energie (unter genau definierten Bedingungen) stets erhalten, d.h. Energie kann nicht geschaffen und nicht beseitigt werden.

- Jegliche Energie-Gewinnung ist eine Umwandlung / Nutzung vorhandener Energie, und zwar Energie, die in der Erde gespeichert / gelagert ist (Öl, Gas, Kohle, Radioaktivität, Erdwärme), oder Energie, die uns die Sonne schickt (Tageslicht, Wärme / Solarzellen, Sonnen-Kollektoren).

- Jeder Energie-Verbrauch ist eine Energie-Umwandlung, bei der die Energie in Form von nicht mehr nutzbarer Energie entweicht (letzten Endes in Form von Wärme-Energie)

- Energie-Verlust in Form von Wärme tritt bei jeder Energie-"Gewinnung" bzw. -Umwandlung auf, am deutlichsten zu sehen bei allen Großkraftwerken mit Kühltürmen, die Wärme in unvorstellbar großem Ausmaß entsorgen (in Form heißer Dampfwolken), obwohl sie zum Beheizen sämtlicher (!!!) Gebäude genutzt werden könnte.

Auch die Energie, die Sie mit dem Treibstoff in Ihren Autotank füllen (oder an der Ladesäule in die Batterie speisen), wird einerseits direkt beim Fahren in Wärme umgesetzt, und bleibt andererseits, wenn das Auto wieder in der Garage steht, nur in Form von nicht mehr nutzbarer Wärme erhalten. Nur ein winzig kleiner Anteil der Energie, die im Treibstoff gespeichert war (sicher weiniger als 1 Prozent), endet nicht in Form von Wärme, sondern wird zur Verformung von Einzelteilen "genutzt", z.B. Reifen-Abnutzung, Verschleiß von Gelenken, Lagern, Kolbenringen usw.

Manche Wissenschaftler sagen den "Wärmetod" voraus; er tritt ein, wenn sämtliche (gegenwärtig noch vorhandene) nutzbare Energie in (nicht mehr nutzbare) Wärme verwandelt wurde.

Sämtliche Energie, die uns zur Verfügung steht, stammt von der Sonne oder aus dem Erd-Inneren (in Form von Wärme aus dem heißen Erdkern oder radioaktiver Strahlung aus natürlichen Vorkommen, wobei die Atom-Energie keinen sinnvollen Nutzen bringt und mengenmäßig zu vernachlässigen ist.). Somit ist uns jegliche Energie, die wir nutzen können, bei der Entstehung der Erde und Sonne zugeteilt worden und kann nicht vermehrt werden. Kohle, Erdöl und Erdgas haben die Sonnen-Energie, die in früheren Zeiten von Pflanzen aufgenommen wurde, auf wunderbare Weise gespeichert. Die Menschheit ist vergeblich darum bemüht einen vergleichbar effektiven Langzeitspeicher für Energie zu entwickeln; sinnvoller wäre es, die Energie aus den natürlichen Speichern nicht einfach heraus zu holen und in großem Maße (durch Verbrennung) zu verschwenden, sondern sparsam zu verwenden und so ihre Langzeit-Speicher-Eigenschaft direkt zu nutzen.

Bildquelle: http://www.wikipedia.org/

german wikipedia, there http://www.news.navy.mil/

Möglicherweise weckt die Abbildung der Blitze bei manchem Leser den Gedanken, die Energie, die sich in Blitzen offenbart, zu nutzen. Wenn Sie oben bei 1. das "Produkt aus Leistung und Zeit" verstanden haben, wird Ihnen schon jetzt einleuchten, dass die Energie, die ein Blitz transportiert, gar nicht so unermesslich groß ist. Zwar ist der eine Faktor, die Leistung, gewaltig (weil ein Blitz in der Natur aus einer riesigen elektrischen Spannung entsteht und die Entladung mit einer enorm großen Stromstärke erfolgt). Aber der zweite Faktor, die Zeitdauer des Blitzes) ist so kümmerlich klein, dass das Gesamtprodukt Energie überschaubar bleibt. Einige Blitzforscher treiben immensen technischen Aufwand, um Blitze zu Forschungszwecken einzufangen, aber die Ernte bleibt dürftig, weil die Wahrscheinlichkeit, einen Blitz am ausgesuchten Ort zu erhaschen, äußerst gering ist. Fazit: Mit einem "Blitzkraftwerk" erntet man bei großem technischem Aufwand nur mäßige Energiemengen und das äußerst selten. Außerdem lässt sich eine nur kurzfristig zur Verfügung stehende Riesen-Energie nicht sinnvoll verwerten und schon gar nicht speichern. An diesem Beispiel zur Abschätzung der Energiemenge eines Blitzes lässt sich beispielhaft die rechnerische Interpretation des Wortes "Produkt" verdeutlichen:

Mit typischen, durchschnittlichen Größenangaben ¹) errechnet sich die …

… Energie des Blitzes:

= Produkt aus Leistung und Zeitdauer

= Leistung mal Zeit

= (Spannung ∙ Stromstärke) ∙ Zeit

= (5 000 000 Volt ∙ 20 000 Ampere) ∙ 10 Millisekunden

= 100 Milliarden Watt ∙ 0,01 Sekunden

= 1 Milliarde WattSekunden

= ca. 278 KilowattStunden

Bei einem Strompreis von 31 Cent pro KilowattStunde kann man den Wert der elektrischen Energie eines Blitzes also auf rund 86 Euro schätzen - und das höchst selten und nicht wirklich nutzbar...

¹) Die verwendeten Größenordnungen können von Blitz zu Blitz stark abweichen. So kann die Spannung auch schon mal 500 Millionen Volt betragen, und die Stromstärke 300 000 Ampere. Trotzdem kommt man in einer vergleichbaren Abschätzung bei http://leifi.physik.uni-muenchen.de/ auf eine Energiefreisetzung pro Blitz, die dem Energiegehalt von etwa zehn Litern Heizöl entspricht, also einen Wert von ca. 5 Euro hat.

(Zitat: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph08/umwelt_technik/02_blitze/14spannung.htm .)

Man kann offenbar davon ausgehen, dass bei einem Blitz nicht gleichzeitig alle drei Größen maximal ausfallen.

Spannung und Stromstärke

Strom bedeutet Strömung, also Bewegung.

Was strömt in elektrischen Leitungen? Winzige Teilchen (meistens Elektronen), die so klein sind, dass sie durch die Zwischenräume zwischen den Atomen hindurch passen *). Alle diese Teilchen sind mit einer ganz bestimmten Ladung befrachtet, der elektrischen Ladung. Wenn viel Ladung schnell strömt, spricht man von einem starken Strom oder einer großen Stromstärke.

*) Diese Darstellung ist zwar nicht physikalisch korrekt, verhilft aber zu einer brauchbaren Vorstellung. Die meisten Vorstellungen (Modelle), die wir uns von unsichtbaren Dingen und Vorgängen machen, liefern kein zutreffendes Abbild der Realität, sondern stellen nur eine Denkhilfe für einen ganz bestimmten Zweck dar. Deshalb gibt es oft von denselben Objekten verschiedene Modellvorstellungen, die sich auf den ersten Blick widersprechen.

Warum strömen (bewegen sich) die Teilchen mit ihrer Ladung durch eine Leitung?

Dazu brauchen sie so etwas wie Druck, ohne den sie sich nicht weiterbewegen. Man könnte sich auch vorstellen, dass sie an einem Band oder einer Kette durch die Leitung gezogen werden, und das geht nur wenn das Band, bzw. die Kette gespannt ist. Je größer diese Spannung, desto rasanter die Fortbewegung (Strömung) der Teilchen; also je größer die elektrische Spannung, desto größer die Stromstärke.

Wenn man lange Zeit mit großer Spannung viele Ladungen durch eine Leitung bewegt, braucht man dafür viel Energie. Wenn man lange Zeit viel Ladung unter hohem Druck durch eine Maschine fließen lässt, liefert sie auch viel Energie. Dafür müssen wir bezahlen. Die Energie-Menge bestimmt also den Preis, und setzt sich zusammen aus der Spannung, der Stromstärke und der Zeitdauer.

Warum braucht eine Steckdose, um Strom fließen zu lassen, 2 Löcher, und eine Batterie 2 Pole, während das Wasser, das uns das Wasserwerk liefert, doch schon aus einer Öffnung der Wasserleitung fließt? Da hilft vielleicht wieder die oben genannte Vorstellung von der Kette: Es ist wie bei einer Fahrradkette: Vorn treten wir in die Pedale, ziehen dadurch (oben) an der Kette, und unten wandern die Kettenglieder wieder zurück zum hinteren Zahnrad. Das Hinterrad bekommt die Energie für die Drehung nur dann geliefert, wenn der Kreislauf der Kettenglieder geschlossen ist. Wir können nicht einfach nur Kettenglieder nach hinten schieben. Genauso kommt nicht einfach „Strom“ aus einem Loch der Steckdose. Der Strom fließt nur, wenn der Kreislauf geschlossen ist. Die Ladungen können sich dabei nur durch Leitungen (elektrisch leitende Materialien) bewegen. Wenn der Leitungskreislauf an irgendeiner Stelle unterbrochen wird (das macht z.B. ein Schalter), dann fließt kein Strom mehr, die Ladungen ruhen. Und Genauso wie alle Kettenglieder, die zum Hinterrad wandern, wieder nach vorne zurück laufen, gelangen auch (normalerweise) alle elektrischen Ladungen, die von einem Pol geliefert werden, auf dem Weg durch ein elektrisches Gerät zum anderen Pol zurück.

Sollten die Ladungen aber doch mal (durch eine mangelhafte Isolierung) einen anderen Weg finden, z.B. durch ein metallisches Geräte-Gehäuse oder durch den menschlichen Körper in den Boden (= “Erdschluss“), kann das lebensgefährlich sein. Deshalb wird der Haushaltsstrom durch einen so genannten Fehlerstromschutzschalter geführt (Fi-Schalter, häufig auch als Hauptsicherung bezeichnet). Dieser registriert sofort, wenn weniger Ladungen den Weg zurück finden, als auf dem Hinweg durch ihn hindurchgeschleust werden. In solch einem Fall unterbricht er alle Leitungen (schaltet alle Stromkreise ab). Da schon eine Stromstärke von über 0,06 Ampere durch den Körper gefährlich werden kann, schaltet der Fi-Schalter ab, wenn die Stromstärken in Hin- und Rückweg sich um mehr als 0,03 Ampere unterscheiden.

Fi-Schalter (links) und Überstromsicherungen (rechts):

Neben dem Fi-Schalter gibt es im Hausanschlusskasten auch noch die Überstromsicherungen („Leitungsschutzschalter“), die aussehen wie kleine Schalter, mit denen man einzelne Räume bzw. Stromkreise ein- und abschalten kann. Sie haben die Aufgage, bei Überschreitung der maximal zulässigen Stromstärke (normalerweise 16 Ampere) den jeweiligen Stromkreis abzuschalten, damit kein Brand durch Überhitzung der Leitungsdrähte entsteht.

Hinter den Löchern der Steckdose sitzen die Kontakte der Leitungsdrähte frei zugänglich, damit beim Einstecken eines Steckers beide Steck-Kontakte eine leitende Verbindung herstellen können, eine für den Hinweg der Ladungen und eine für den Rückweg. Wenn kein Stecker in der Steckdose ist, können die Ladungen nicht von einem Pol zum anderen strömen, weil die Luft zwischen den nackten Kontakten ein Nichtleiter (Isolator) ist. Wird der Druck auf die Ladungen (also die Spannung) allerdings zu groß, können sie sogar durch die sonst isolierende Luft hindurch getrieben werden, d.h. bei sehr großer Spannung kann die Luft leitfähig werden. Dann fließt der Strom durch die Luft. Genau das passiert bei einem Gewitter: Zwischen Wolke und Erde wird die Spannung so groß, dass die elektrischen Ladungen durch die Luft strömen können, das nennt man Blitz. Die Luft wird dabei so stark erhitzt (viele Tausend Grad heiß), dass sie sich schlagartig ausdehnt, also quasi explodiert. Den zugehörigen Knall nennt man Donner. – Also: Je größer die Spannung ist, desto länger wird die Strecke, die der Strom durch die Luft fließen kann, und umso gründlicher muss man die Leitungen isolieren. Damit eine 1 mm dicke Luftschicht von einem Blitz überwunden werden kann, ist eine Spannung von ca. 1000 Volt erforderlich. Da die Spannung zwischen den Polen einer Steckdose 230 Volt beträgt, ist der Abstand der Löcher groß genug für eine zuverlässige Isolations-Wirkung der Luft.

Je höher die Spannung und je besser die Leitfähigkeit der Verbindungsleitung ist, desto größer ist die Stromstärke (Ohmsches Gesetz). Je größer die Stromstärke durch einen Leitungsdraht ist, umso mehr wird er erhitzt. Wenn die beiden Pole einer Stromquelle mit einem Leitungsdraht direkt verbunden werden (wie im Bild unten links und Mitte), fließt die maximale Stromstärke, die die Stromquelle liefern kann. Diesen Zustand nennt man Kurzschluss, der in aller Regel etwas beschädigt (Kabelbrand), sofern der Stromkreis nicht sofort unterbrochen wird (z.B. durch eine Sicherung).

Das linke Bild soll plakativ das Wesen eines Kurzschlusses verdeutlichen, ist aber ausdrücklich nicht zur Nachahmung gedacht.

Die Abbildungen zeigen direkte (gezielt herbeigeführte) Kurzschlüsse. Bei einem „normalen“ Kurzschluss berühren sich die beiden Leitungsdrähte der zwei Pole irgendwo im Zuleitungskabel oder in einem Gerät, so dass der Strom sich nicht über den Umweg durch die dünne, schlechter leitende Verbindung innerhalb des Gerätes bewegt, sondern die Abkürzung durch die Überbrückung nimmt, was einem "kürzeren" Weg entspricht; daher der Name „Kurzschluss“.

Auch bei einer Batterie kann ein Kurzschluss gefährlich werden und Schaden anrichten. Wie leicht kann doch es passieren, dass ein metallischer Gegenstand die beiden Pole berührt (wie im rechten Bild) und damit einen Funken auslöst oder durch die große Stromstärke zu Überhitzung führt.

Warum gibt es einen Kurzschluss, wenn eine Glühlampe durchbrennt?

Sicher haben Sie das auch schon erlebt: Sie wollen das Licht einschalten, aber die Lampe gibt nur einen kurzen Lichtblitz ab, und dabei ist „der Strom weg“ / „die Sicherung rausgesprungen“ / „ein Kurzer“ bzw. Kurzschluss entstanden, je nach ihrer persönlichen Sprechweise. Tatsächlich handelt es sich hier um einen Kurzschluss, nämlich eine Überschreitung der maximal zulässigen Stromstärke im Lampen-Stromkreis, die durch die Überstrom-Sicherung abgeschaltet wird. Warum aber fließt ausgerechnet in dem Moment ein starker Strom, wenn der Glühdraht durchtrennt und der Stromkreis unterbrochen wird?

Dazu gibt es zahlreiche phantasievolle Erklärungen, die in die Irre führen. Die zutreffende Antwort gibt der Lichtblitz selbst: Hierbei handelt es sich nicht um ein kurzes Aufglühen des Glühdrahts in der Lampe, sondern um einen Lichtbogen, ähnlich wie bei einem elektrischen Schweißgerät, wo ja bekanntlich auch ein ziemlich starker Strom fließt. Der Abstand zwischen den beiden aufgetrennten Draht-Enden beträgt beim Herausdrehen der durchgebrannten Lampe vielleicht einige Millimeter oder gar 1 cm, vor dem Durchbrennen aber 0,000 mm! Mit anderen Worten: Im ersten Augenblick der Trennung ist dieser Abstand beliebig klein (und somit die Feldstärke bei anliegender Spannung beliebig groß). Deshalb reicht eigentlich schon eine kleine Spannung aus, um das Gas im Lampen-Kolben leitfähig zu machen und einen Funken auszulösen / einen Lichtbogen zu zünden. Dieser erreicht offensichtlich eine Stromstärke, die viel größer ist als der normale Lampenstrom. Das Innere einer Glühlampe ist nämlich nicht evakuiert. Erstens wird es bei der Herstellung mit bestimmten Gasen gefüllt (bekannt von den Halogenlampen), und zweitens dampfen im Laufe der Betriebszeit der Lampe Metall-Atome vom Glühdraht ab, die sich als zusätzliches Gas im Lampen-Kolben wiederfinden. Somit stehen für den Strom genügend Ladungs-Transport-Teilchen zwischen den beiden Draht-Enden zur Verfügung.

Fehlersuche, Universal-Messgerät, Reparaturanleitung

Wenn Sie sich auch gerne praktisch mit Elektrik / Elektronik beschäftigen, hin und wieder etwas reparieren aber keine teuren Geräte für die Fehlerdiagnose anschaffen wollen, empfehle ich Ihnen mein Video auf YouTube, wo ich ein simples UniversalMessgerät für die Fehlersuche vorstelle und Beispiele zeige, u.a. für Kapazitätsmessung, Fehlerstromdiagnose, Reparaturanleitung usw. Dieses unscheinbare Gerät ist bei mir fast täglich im Einsatz, weil es blitzschnell umfassende Information über die elektrischen Eigenschaften von Bauteilen, Leitungen, Kontakten und Geräten liefert; vor allem kurze, schnelle Änderungen wie Kontaktschwäche, Wackelkontakt, Rest-Kapazitäten u.ä. lassen sich mit dem Gehör zuverlässig verfolgen, wo Augen und optische Displays viel zu träge sind. è siehe UniversalMessgerät Fehlersuche Reparaturanleitung

Richtigstellung einiger Redeweisen:

„Da ist Strom drauf.“

Strom ist nicht auf etwas, er fließt nur durch elektrische Leitungen hindurch. Eine Steckdose, in die kein Stecker eingesteckt ist, enthält auch keinen Strom. Es besteht aber eine Spannung zwischen den Polen, die die Ladungen unter Druck setzt (Spannung liegt an). Genauso wie bei einem geschlossenen Wasserhahn kein Wasser ausströmt, aber das Wasser unter Druck steht. Achtung: Der Druck im Wasser kann an einer beliebigen Stelle im Wasser gemessen werden. Die elektrische Spannung besteht aber immer zwischen zwei Punkten (z.B. den Polen einer Batterie). Ein Gummiband kann man auch nur zwischen zwei Punkten spannen und nicht an einem Punkt.

„Da ist Strom drin.“

In einer Batterie, die nicht eingesetzt ist und lose da steht, fließt kein Strom. Wenn sie „voll“ ist, ist darin (chemische) Energie gespeichert, die eine Spannung zwischen dem + Pol und dem - Pol aufbaut, und die Ladungen antreiben kann, wenn eine leitende Verbindung zwischen den Polen hergestellt wird. Alle Ladungen, die dabei von einem Pol kommen, fließen durch den Stromkreis zum anderen Pol zurück. Wenn die Batterie „leer“ ist, sind die Inhaltsstoffe durch einen chemischen Prozess so verändert worden, dass sie keine Energie mehr liefern können, um die Ladungen anzutreiben.

Wir haben „Strom verbraucht.“

Der Strom wird nicht „verbraucht“, auch nicht die Ladung. Alle Ladungen, die uns durch einen Leitungsdraht vom Elektrizitätswerk geliefert werden, fließen durch den anderen wieder zurück. (Dabei handelt es sich beim Haushaltsstrom sogar um Wechselstrom, der ständig hin und her fließt.) Bei der Bewegung durch den Stromkreis liefern die Ladungen aber Energie ab. Dabei wird die elektrische Energie umgewandelt in Wärme-Energie, mechanische Energie, Licht-Energie usw. Wir haben also nicht Strom verbraucht sondern Energie (eigentlich: Energie „genutzt“ oder „entwertet“).

Der „Stromzähler“ wird abgelesen.

Der Zähler misst nicht die Stromstärke sondern die Energie, die mit dem Strom durch ihn hindurchfließt. Diese Energie ist das Produkt aus der Spannung, der Stromstärke und der Zeitdauer, in der dieser Strom fließt. Deshalb wird die Energie (elektrische Arbeit) auch in Kilowattstunden (kWh) gemessen.

k = Kilo = 1000 (weil es in der Regel so viele Wh sind)

W = Watt = Volt ∙ Ampere

h = Stunde(n)

Spannung: 230 Volt (bzw. 400 Volt beim Drehstrom oder "Kraftstrom")

Stromstärke: sehr unterschiedlich, je nach der Art und Zahl der eingeschalteten Geräte, maximal 16 Ampere pro Stromkreis

Wie unterscheidet man Hochspannung von Starkstrom?

Hochspannung: Eine sehr große Spannung zwischen zwei Polen kann dazu führen, dass die Luft zwischen den Polen leitfähig wird und den Strom durch die Luft fließen lässt (=> Funke, Blitz, Lichtbogen, Gasentladung). Darum müssen die Leitungsseile von Hochspannungsleitungen großen Abstand voneinander haben, oder die Isolierung (Umhüllung) der Leitungen muss entsprechend dick sein.

Starkstrom: Charakteristisch für eine große Stromstärke ist die Erhitzung der Bauteile und Leitungen. Darum müssen Leitungsdrähte für Starkstrom entsprechend dick sein.

Aufladen und Entladen

Um die Zusammenhänge zwischen Strom, Spannung und Ladung bei einer Batterie bzw. einem Akku auf anschauliche Weise zu verdeutlichen, habe ich eine Schaltung aufgebaut, mit der man das Aufladen und Entladen direkt beobachten kann. Dabei sieht man, wie die Spannung eines Kondensators beim Laden steigt, während der Lade-Strom abnimmt. Wenn der Kondensator voll aufgeladen ist, kann man die Ladung wahlweise zum Betrieb einer Lampe nutzen oder durch einen Kurzschluss schlagartig abfließen lassen, wobei ein ohrenbetäubender Knall ausgelöst wird, also ein richtiger "Donner". è Laden-Entladen

Detail-Information für Fortgeschrittene:

Elektrische Größen und Maßeinheiten

Größe Abk.	Maßeinheit Abk.	Erklärung	Formeln
Zeit t	Sekunde s		1 h = 3600 s
Ladung Q	Coulomb C	Elektronen tragen eine bestimmte negative Ladung: Elementarladung e	1 e = -1,602 ·10^-19 C
Spannung U	Volt V	Bestreben zum Ladungsausgleich (wie Druck in Wasserleitung)	U = W / Q = Energie pro Ladung
Stromstärke I	Ampere A	Menge der fließenden Ladung pro Zeit (wie Liter pro Sekunde)	I = Q / t = Ladung pro Zeit 1 A = 1 C / s
Elektr. Leistung P	Watt W	P = U · I P = W / t = Energie pro Zeit	1 Watt = 1 V · 1 A
Elektr. Energie W	Joule J	W = P · t	1 Kilowattstunde = 1 KWh = 1000 W · 3600 s = 3,6 Mio J
Widerstand R	Ohm Ω	Kehrwert der Leitfähigkeit (genauer: des "Leitwerts")	Ohmsches Gesetz: U I = –– R
Kapazität C	Farad F	Speichervermögen eines Kondensators	1 F = 1 C / 1 V = 1 Coulomb pro Volt

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