André Stemper

elektronische Bauteile

Ohne elektrischen Strom würde unser modernes Leben viel komplizierter werden. Ein Leben ohne Computer und ohne Handy können sich viele Leute nicht mehr vorstellen. Was aber genau ist Strom, Elektrizität, Spannung, eine Schaltung,.. ? Dies können sie in diesem Auszug aus dem Heft "Elektronische Bauteile" erfahren.

Autor: André Stemper (Université du Luxembourg)

Elektrizität? Was ist das?

Der Name “Elektrizität“ wurde vom griechischen Wort für Bernstein ”Elektron” übernommen. Bereits im Altertum stellte man fest, dass Bernstein an welchem gerieben wurde (z.B. mit einem Stück Leder), eine Kraft auf Körper ausübt.

Das Phänomen kommt nicht nur bei Bernstein vor und kann im alltäglichen Leben beobachtet werden. Reibt man einen Luftballon am Pullover und hält ihn dann in die Gegend von Papierschnipsel so werden diese von ihm angezogen. Zieht man in völliger Dunkelheit einen Wollpullover aus, so kann man kleine Funken sehen. Auch dies ist Elektrizität.

Das spektakulärste natürliche Auftreten der Elektrizität ist jedoch der Blitz. In ihm entladen sich hohe, durch Reibungselektrizität in den Gewitterwolkenaufgebaute Spannungen. 

Woher kommt die Elektrizität?

Liest man die vorhergegebenen Beispiele, könnte man denken, dass hier Elektrizität „entsteht“. Vielmehr ist Elektrizität eine Form von Energie. Sie kann nur von und in eine andere Energieform umgewandelt werden. 

Energie wird nicht erzeugt oder verbraucht, sie wird stets in andere Energieformen umgewandelt.

Andere Energieformen sind z.B. Wärmeenergie, chemische Energie oder mechanische Energie. Bei allen oben genannten Beispielen wurde mechanische Energie (Reibung) in Elektrizität umgewandelt.

Im ersten Beispiel wurde mit Hilfe der mechanischen Energie am Luftballon gerieben. Durch das Reiben wurden sehr kleine Träger der Elektrizität (welche “Elektronen“ genannt werden) aus dem Pullover gerissen und haben sich auf dem Luftballon angesammelt.

Elektronen stoßen sich gegenseitig ab, werden jedoch von Atomkernen (Siehe Infobox) angezogen. (Etwa wie die Pole eines Magneten).

Die Elektronen versuchen nun auf schnellstem Weg die Ansammlung auf dem Ballon zu verlassen und zu einem Atomkern zu gelangen an welchem Elektronen fehlen, um somit wieder ein vollständiges Atom zu bilden.

Was ist Spannung?

Je mehr freie Elektronen auf dem Ballon angesammelt sind, desto mehr drängt es die Elektronen den Ballon zu verlassen. Es entsteht eine Art Druck. Diesen Druck nennt man Spannung.
Spannung kann man sich als Größe vorstellen, welche beschreibt wie stark es Elektronen drängt zu einem Atomkern zurückzukehren.

Was ist Strom?

Man kann sich die Elektronen im Metall wie Wasser in einer Leitung vorstellen. Gibt es in einer Wasserleitung keinen Druck, steht das Wasser. Erst durch den Druck kommt es zu einem Wasserfluss.

Genauso kommt es auch in einem geschlossenen Stromkreis durch die Spannung zu einem Elektronenfluss, welcher Strom genannt wird.

Strom kann man sich als Größe vorstellen, welche beschreibt wieviele Elektronen miteinander durch ein System (z.B. Draht) fließen.

Was ist nun eine elektronische Schaltung?

Eine elektronische Schaltung ist eine Methode mit welcher die elektrische Energie dazu gebracht wird eine bestimmte Arbeit für uns zu leisten. Die Schaltung leitet dabei den Fluss der Elektronen.

Damit eine Schaltung funktioniert, muss es einen Ort mit mehr Elektronen geben sowie einen Ort mit mehr Atomkernen. (z.B. Batterie) Die Elektronen versuchen in der Schaltung zu den Atomkernen zu gelangen.

Die Schaltung muss nun so gebaut werden, dass die Elektronen dabei eine für uns nützliche Arbeit verrichten.

Was sind elektronische Bauteile?

Damit man beim Entwickeln einer Schaltung nicht immer bei Null beginnen muss, werden verschiedene Bestandteile die immer wieder in Schaltungen benutzt werden, als Fertigteile hergestellt.

Jede Bauteilart hat einen bestimmten Einfluss auf die Elektronen welche es durchfließen.

Schaltungen können dadurch, dass die Bauteile schon fertig sind, viel schneller entwickelt werden. Heutzutage werden die meisten Schaltungen nur noch aus fertigen Bauteilen hergestellt.

Das komplette Heft "Elektonische Bauteile" von André Stemper mit vielen Bastelanleitungen zum experimentieren:
 

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Autor: André Stemper (Université du Luxembourg)
Bilder: André Stemper

Infobox

Bernstein

Bernstein (griech. elektron) ist Baumharz von Nadelbäumen, das vor langer Zeit ausgetreten ist. Danach sind die leichten flüchtigen Bestandteile, die Pflanzenöle, verdunstet und das Harz ist hart geworden. Bernstein wurde im Altertum wegen seines besonderen Materials und der Farbe (honiggelb über rotbraun bis braun-schwarz) als Schmuck gehandelt.

Bohrsches Modell eines Atoms

Die Materie (alles was uns umgibt) ist aus Atomen aufgebaut. Als Modell (siehe Bild) kann man sich ein Atom als einen positiv geladenen Kern (rot) welcher von einem oder mehreren Elektronen (blau) “umflogen” wird, vorstellen. Im Normalfall sind Atome elektrisch neutral (nicht geladen). Nimmt man einem Atom nun aber ein Elektron weg, so wird das Atom positiv geladen (Ion genannt). Dies geschieht zum Beispiel in einer Batterie!

Die Spannung

Die Spannung an einem System (z.B. einer Batterie) wird in Volt (abgekürzt V) angegeben.

Beispiele:

  • Der Luftballon, den wir gerieben hatten, war auch auf mehrere 1000 Volt geladen !!! Jedoch ist die Gesamtenergie auf dem Ballon sehr klein und somit ungefährlich.
  • Batterie 1,2 - 24V 
  • Steckdose 230V
  • Blitz mehrere 100 Millionen Volt
Der Strom

Der Strom der durch ein System (z.B. eine Glühbirne) fließt wird in Ampere (abgekürzt A) angegeben.

Beispiele:

  • Der Strom bei einem Blitzschlag ist enorm groß. (Etwa 30.000 Ampere)
  • 60W Glühbirne (bei 230V) : 0.27 A
  • LED : 0.015-0.050 A
Vergleich Elektrizität - Wasser

Viele elektronische Schaltungen kann man intuitiv verstehen, wenn man sich die Elektrizität als Wasser vorstellt.

Wasser Elektrizität Druck Spannung Fluss Strom
Kontakt

André Stemper

andre.stemper_at_uni.lu

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