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Das Wesen der Elektrizität und deren Gesetze

Grundvoraussetzung für die Tätigkeit eines Elektronikers sind umfassende theoretische Kenntnisse. Ohne ein solches „geistiges Rüstzeug kann niemand eine Reparatur an irgendeinem elektrischen Gerät durchführen. seien es Haushalts- Rundfunk- oder Fernsehgeräte. Für einen Elektroniker sind daher gründliche Kenntnisse der Gesetze der Elektrotechnik eine unabdingbare Voraussetzung zum Erlangen des erforderlichen Wissens.

Wir alle begegnen der Elektrizität in unserem täglichen Leben. Vielleicht haben auch viele Menschen bereits bestimmte Vorstellungen über Verhalten und Eigenschaften des elektrischen Stromes. Es ist aber dennoch unumgänglich zunächst einmal darauf aufmerksam zu machen, dass jeder elektrische Strom durch Bewegungen kleinster Teilchen zu Stande kommt, durch die sogenannten Elektronen, die man daher als Elektrizitätsträger ansehen kann.

Ein Elektron ist von unvorstellbarer Winzigkeit, denn sein Durchmesser ist geringer als 3/10 Billionstel Millimeter. (Eine Billion ist eine 1 mit 12 angehängten Nullen). Die Elektronen sind wesentlich am Aufbau der Atome beteiligt und daher an diese gebunden. Daneben gibt es freie Elektronen. Sie finden sich in größerer oder kleinerer Zahl im Gefüge der verschiedenen Stoffe zwischen den Atomen, aus denen jegliches Material aufgebaut ist.

atom

Aufbau der Materie

Jede Materie ist aus Atomen zusammengesetzt. Das Atom besteht aus dem Atomkern und den Elektronen. Dies sind unvorstellbar kleine Teilchen, die – wie der Mond um die Erde – um den Kern herumkreisen.

Die Kerne sind nicht gleich groß. Größere Kerne zwingen mehr Elektronen in ihre Umlaufbahn als kleine Kerne. Entsprechend ihrer Größe und der Anzahl ihrer Elektronen haben Sie in den Atomen die chemischen Elemente vor sich. Das leichteste Element ist der Wasserstoff.

Atomkern und Elektronen einerseits und die Atome zueinander andererseits haben so extrem kleine Zwischenräume, dass dem Menschen die Materie als etwas in sich Geschlossenes erscheint.

Die Anzahl der Atome in einem Milligramm (das ist ein tausendstel Gramm) Eisen z. B. ist rechnerisch zwar zu erfassen, übersteigt aber die menschliche Vorstellung . Elektronen repräsentieren eine negative Ladung.

Der Aufbau des Atoms, wie er in der folgenden Abbildung, zeichnerisch stark vereinfacht, dargestellt worden ist, wird in einem späteren Artikel noch detaillierter beschrieben.

Aus der folgenden Zusammenstellung ergibt sich ein Eindruck über die Größe eines Atoms bzw. Elektrons:

  • 1/10 mm Papierstärke
  • 1/100 mm Haarstärke
  • 1/1 .000 mm Bakterien
  • 1/10 billionstel mm Elektron

Leiter, Nichtleiter, Halbleiter

Metall-Atome haben eine sehr wertvolle Eigenschaft. Sie besitzen freie Elektronen, die nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind. Diese Elektronen können innerhalb des Metalls von einem Atom zum anderen wandern. Dies passiert, wenn an einer Stelle mehr, an der anderen weniger vorhanden sind. Sie fließen von den Stellen des Uberschusses (mit minus[-] bezeichnet) zu den Stellen des Mangels (mit plus[+] bezeichnet). Metalle, wie z. B. Kupfer, Silber oder Aluminium, sind gute elektrische Leiter. In Unkenntnis der elektrischen Vorgänge in Spa­nnungs­quellen und Leitern wählte man früher die Stromrichtung von plus nach minus, wohl in der landläufigen Vorstellung, dass „plus” ein Mehr und somit ein Überschuss ist und „minus” ein Mangel. Diese inzwischen genormte Richtungsfestlegung gilt auch heute noch unter der Bezeichnung „konventionelle” oder „technische” Stromrichtung. Im äußeren Teil eines Stromkreises fließt der Strom von plus nach minus. Die Bewegungsrichtung der Elektronen verläuft aber entgegengesetzt. D. h. die physikalische Stromrichtung ist von minus nach plus. Elektronenüberschuss bedeutet minus und Elektro­nen­mangel plus. Plus besagt hier nichts anderes, als dass an dieser Stelle zu wenige (negative) Elektronen innerhalb eines Stromkreises vorhanden sind, während sich im Verhältnis hierzu an der Stelle minus weitaus mehr Elektronen befinden, die das Bestreben haben, zur Mangelstelle zu fließen.

Merksätze:

  • Im Verbraucher fließt der Strom stets vom Pluspol zum Minuspol. In der Spannungsquelle – sei es eine Batterie oder ein Stromerzeuger – dagegen fließt der Strom vom Minuspol zum Pluspol.
  • Im Verbraucher bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. In der Spannungsquelle dagegen bewegen sich die Elektronen gleichgültig ob Batterie oder Stromerzeuger – vom Pluspol zum Minuspol.
Zusammenfassung
Das Wesen der Elektrizität und deren Gesetze
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Das Wesen der Elektrizität und deren Gesetze
Beschreibung
Grundvoraussetzung für die Tätigkeit eines Elektronikers sind umfassende theoretische Kenntnisse.
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Elektronik Klub
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