:: wikimiki.org ::

Gleichstrom

Gleichstrom

Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, der Betrag und Richtung nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unverändlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis werden jedoch auch Mischströme mit überwiegendem Gleichanteil als Gleichstrom bezeichnet. Dies insbesondere dann, wenn die Schwankungen (als Welligkeit bezeichnet) des Stroms für den an die Stromquelle angeschlossenen Verbraucher nicht störend sind. Die englische Bezeichnung ist "Direct Current" mit dem Kürzel "DC". In der Umgangssprache findet oftmals eine Verwechslung bzw. Gleichsetzung zwischen Gleichspannung und dem von Gleichspannungen verursachten Gleichströmen statt. Unmittelbare Gleichstromquellen sind z.B. Akkus, Batterien , Fotovoltaische Zellen (Solaranlagen) und neuerdings Brennstoffzellen mit Wasserstoffbetrieb für Strom- und Wärmeerzeugung.

Bedeutung

Technische Bedeutung hat der Gleichstrom u. a. in der Elektronik. Praktisch alle elektronischen Schaltungen benötigen zur Leistungsversorgung Gleichspannung/Gleichstrom. Vielfach werden für elektronische Geräte, die nicht mit Batterien oder Akkus mit Energie versorgt werden, Netzteile eingesetzt, um diesen Gleichstrom mittels Gleichrichter im Netzgerät zu erzeugen. Gleichstrom hat bei der Übertragung, mit der gleichen Spannung wie Wechselstrom, über große Entfernungen geringere Übertragungsverluste gegenüber Wechselstrom, weil induktive Widerstände durch Selbstinduktion nicht auftreten. In Spezialanwendungen wird er zu diesem Zweck auch genutzt in Form von sogenannten HGÜ-Leitungen für die Übertragung großer elektrischer Leistungen bei sehr hohen Spannungen über sehr große Distanzen. Für die Einspeisung bei Kraftwerken sind Gleichrichteranlagen, beim Verbraucher am anderen Ende der Übertragungsstrecke sind groß dimensionierte Hochspannungswechselrichter, die in geeigneten Gebäuden bei großen Umspann- und Schaltanlagen angeordnet sind, erforderlich (hohe Anlagenkosten). Hier wird der mittels 2 (1) Leitungsseilen übertragene Gleichstrom in 3-phasigen Drehstrom mit 50 Hz Frequenz konvertiert. Die Gleichstromübertragung über mehrere 1.000 km ist oft die einzig wirtschaftliche Lösung bei der Energieübertragung. Für Hochspannungsleitungen des 3-phasigen Drehstromnetzes bis einschließlich 750 kV wird durch Transformation von Spannung und Stromstärke mittels Transformatoren die jeweilige Spannungshöhe erreicht.

Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom

Die von Transformatoren oder Wechselstrom-Generatoren gelieferten Wechselspannungen/Wechselströme können durch Gleichrichter, dass heißt die Anordnung mehrerer Dioden, umgewandelt werden. Es entsteht elektrische Spannung/Stromfluss die im Betrag, nicht aber in der Richtung variieren Durch Parallelschalten eines Sieb-Kondensators kann die Welligkeit der Spannung verringert, dass heißt die Spannung „geglättet“ werden, sodass nur noch eine kleine Restwelligkeit bleibt. Je größer die Kapazität des Kondensators, um so geringer die Amplitude der Restwelligkeit. Der zugehörige an einen Verbraucher abgegebene Strom kann nun als Gleichstrom betrachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung in kommunikationstechnischen Anlagen wird ein sehr kleiner Prozentssatz an Restwelligkeit gefordert, um die empfindliche Elektronik nicht negativ zu beeinflussen.

Siehe auch

- Mischstrom
- Wechselstrom
- Drehstrom
- Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
- Pulsstrom Kategorie:Elektrotechnik ja:直流 ko:직류

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom ist in der Elektrotechnik und der Physik die Bezeichnung für eine gerichtete Bewegung von Ladungsträgern, zum Beispiel Elektronen oder Ionen, in einem Stoff oder im Vakuum. Ein Strom stellt sich ein, wenn sich frei bewegliche Ladungsträger in einem elektrischen Feld befinden. Umgangssprachlich wird elektrischer Strom auch kurz „Strom“ genannt, oft ist jedoch damit die Übertragung elektrischer Energie gemeint. Auch wird Stromstärke, also die pro Zeit fließende Ladung, umgangssprachlich als Strom bezeichnet. Das Fließen eines elektrischen Stromes kann man an verschiedenen Wirkungen feststellen. Hauptsächlich sind dies die Wärmewirkung, die magnetische Wirkung und die chemische Wirkung. Die großtechnische Bereitstellung von elektrischer Energie erfolgt im Kraftwerk, seine Verteilung zu den Verbrauchern im Stromnetz. Die ausreichende Versorgung mit elektrischer Energie ist eine Grundvoraussetzung für das erfolgreiche Funktionieren einer Volkswirtschaft.
- Formelzeichen Stromstärke: I - bei zeitabhängiger Stromstärke auch i oder i(t) (Stromstärke zur Zeit t)
- Einheit Stromstärke: Ampere
- Einheitenzeichen: A

Technische Stromarten: Gleichstrom, Wechselstrom und Drehstrom (Unterart des Wechselstrom)

Technische Stromarten:
- Gleichstrom (engl. DC = Direct Current)
- Wechselstrom (engl. AC = Alternating Current)
- Mischstrom / Periodischer Strom.
Ein Mischstrom liegt vor, wenn sich in einem Stromkreis gleichzeitig eine Gleich- und eine Wechselstromquelle auswirken können. Periodische Ströme sind damit eine Überlagerung von Gleich- und Wechselstrom.

Gleichstrom

Im einfachsten Fall fließt ein zeitlich konstanter Strom. Einen solchen Strom nennt man Gleichstrom (engl. direct current). Zu beachten ist die Technische Stromrichtung: Vereinbarungsgemäß wird eine Stromrichtung von Plus nach Minus angenommen. Diese Stromrichtung geht auch in alle physikalischen Gleichungen ein, die den Strom als solchen betreffen. Eine elektrische Spannungsdifferenz ist jedoch immer von Plus nach Minus positiv. Daher ist die technische Stromrichtung sinnvoll und wird üblicherweise verwendet, damit die Richtung von Strom und Spannung identisch ist. Die technische Stromrichtung ist nich zu verwechseln mit der Flussrichtung der Elektronen (negative Ladungträber), die entgegen der technischen Stromrichtung fließen. Physikalische Stromrichtung: Um den Mechanismus des Stromflusses zu verstehen und bestimmte elektrische Eigenschaften von Materialien herzuleiten, betrachtet man die wirkliche Bewegung der Ladungsträger. In Metallen bewegen sich in der Regel Elektronen, also negative Ladungsträger, die vom Minus-Pol zum Plus-Pol fließen, denn am Minus-Pol herrscht ein Überschuss an Elektronen, und/oder am Plus-Pol ein Mangel, der durch den elektrischen Strom ausgeglichen wird sobald der Stromkreis geschlossen wird. In elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten sind gegebenenfalls positive und negative Ladungsträger oder reduzierbare und oxidierbare Stoffe vorhanden, die sich zu den jeweiligen Polen hinbewegen. An den Polen werden sie reduziert bzw. oxidiert, nehmen also an einem Pol Elektronen auf und geben Elektronen an dem anderen Pol ab und überbrücken dadurch die Übertragung von Elektronen im Stromkreis. In einem Experiment mit einer wäßrigen Lösung zur Feststellung der Stromrichtung wurde die physikalisch falsche, technische Stromrichtung ermittelt, da nur die positiven Ladungsträger sichtbar waren, die sich allerdings auf den Minus-Pol zubewegen. Ein anderer Fall tritt bei p-dotierten Halbleitern auf: Hier verhalten sich fehlende Elektronen (so genannte Löcher oder Defektelektronen) wie positive Ladungsträger mit Masse. Als Gleichspannungsquelle kommen galvanische Zellen (Batterien), entsprechende Dynamos (zum Teil mit nachgeschalteter Gleichrichtung), Photovoltaische Zellen (Solaranlagen) oder Schaltnetzteile in Frage. In der Technik häufig anzutreffen ist auch eine Kombination von Transformator und Gleichrichter. Fällt bei gleichbleibender Stromrichtung die Spannung (und damit, sofern ein Verbraucher angeschlossen ist, die Stromstärke) periodisch stark ab, so spricht man von einer pulsierenden Gleichspannung. Gleichrichter liefern beim Umwandeln von Wechselspannung in Gleichspannung meist pulsierende Gleichspannung, sofern die Spannung nicht durch Kondensatoren oder andere Maßnahmen geglättet wird.

Wechselstrom

Neben dem Gleichstrom gibt es auch noch den Wechselstrom (engl. alternating current). Wechselstrom zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromrichtung periodisch wechselt (beim Haushaltsstrom in Europa beispielsweise 100 mal pro Sekunde). Die Frequenz (oft auch als Netzfrequenz bezeichnet) des Stromes gibt an, wie oft pro Sekunde der Strom in dieselbe Richtung fließt, dementsprechend hat der europäische Haushaltsstrom bei 230 Volt Nennspannung (eine Phase gegen Nullleiter, eine Phase gegen eine andere Phase 400V) eine Frequenz von 50 Hz. In den USA sind das bei 117 Volt Nennspannung dagegen 60 Hz. Ein Wechselstrom wechselt seine Richtung in jeder Periode zweimal. In Summe über eine Periode gleicht sich der Wechselstrom üblicherweise aus. Um trotzdem Aussagen über die Stromstärke treffen zu können, wird eine effektive Stromstärke für Wechselströme definiert; diese Größe gibt einen Gleichstrom an, mit dem ein dem Betrag nach gleich großer Ladungstransport wie mit dem Wechselstrom erfolgen würde. Für einen sinusförmigen Wechselstrom ergibt sich die effektive Stromstärke als Wurzel des mittleren Quadrates der Stromamplitude.

I=\frac

Ist ein Gleichstrom einem Wechselstrom überlagert, so spricht man auch von Mischstrom.

Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom

Zur Energieübertragung wird heutzutage meistens Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom verwendet. Beim Drehstrom fließt der Strom in drei Leitern, die Ströme sind jeweils zueinander um eine drittel Periode phasenverschoben, so dass die Summe aller drei Ströme zu jedem beliebigen Zeitpunkt bei gleicher Last auf jeder Phase sich auf Null ausgleicht. Zusätzlich ist, je nach Schaltung, noch ein Neutralleiter vorhanden (Sternschaltung), der Restströme aufnimmt, die durch unterschiedliche Lasten der Ströme in den drei Phasen entstehen. In einem Hauhalt wird üblicherweise (Ausnahme Drehstromsteckdosen) nur eine Phase und der Nulleiter (Neutralleiter) verwendet. Daher gleichen sich die Ströme auf den 3 Phasen üblicherweise nicht aus. Ein Drehstromnetz ist eine elegante Möglichkeit der Wechselspannungsübertragung: Im in Deutschland üblichen 400-V-Drehstromnetz mit jeweils 400 V Wechselspannung zwischen den drei sogenannten Außenleitern herrscht zwischen jedem der Außenleiter und dem Neutralleiter eine Wechselspannung von 230 V. Während man für die Übertragung von drei unabhängigen Wechselspannungen insgesamt sechs Leiter („Drähte“) bräuchte, kommt man in einem Drehstromnetz mit nur vier Leitern aus, wobei der vierte Neutralleiter noch dünner ausgeführt werden kann, da sich bei der angestrebten gleichen, „symmetrischen“ Belastung in den 3 Wechselstromkreisen die Ströme im Neutralleiter sogar völlig aufheben – Einzelheiten siehe Dreiphasenwechselstrom. Aufgrund der unterschiedlichen Last in einem Haushalt sind die Phasen und die Nullleiter mit identischer Stärke versehen. Eine andere Möglichkeit ist das Anschließen eines 400-V-Wechselstrom-Verbrauchers an zwei Außenleitern, denn die Differenz zweier (phasenverschobener) sinusförmiger Spannungen ist wieder eine sinusförmige Spannung (400V). Gleichstrom und Wechselstrom dürfen nicht mit Gleichspannung bzw. Wechselspannung verwechselt werden. Allerdings führt im geschlossenen linearen Stromkreis eine Gleichspannung zu Gleichstrom und eine Wechselspannung zu Wechselstrom.

Physikalischer Mechanismus: Entstehung des Stromflusses

Am Beispiel einer elektrischen Batterie lässt sich das Prinzip des Stromflusses veranschaulichen. Elektrochemische Prozesse in der Batterie bewirken eine Ladungstrennung; die Elektronen werden auf einer Seite gesammelt (Minuspol), auf der anderen Seite herrscht Elektronenarmut (Pluspol). Hierdurch entsteht eine Potentialdifferenz, eine elektrische Spannung. Ladungsträger, die einer Spannungsdifferenz ausgesetzt sind, erfahren durch selbige eine Beschleunigung. Wenn man die beiden Pole der Batterie durch einen elektrischen Leiter mit einem gegebenen elektrischen Widerstand verbindet, bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol: Ein elektrischer Strom fließt (technisch von Plus nach Minus). Die Trennung der Ladungen erforderte (chemische) Energie, die wieder frei wird, wenn der Strom fließt. In einem solchen Stromkreis bestimmen die aufgebaute Spannung, abgekürzt U, und die Größe des elektrischen Widerstandes, R, die Stromstärke I. Der Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand kann durch das Ohmsche Gesetz ausgedrückt werden: :

I=\frac \qquad [I]=\frac=A

Technische Nutzung des elektrischen Stroms

Elektrischer Strom ist heute eine der meist verwendeten Möglichkeiten des Energietransports. So wird heute die gesamte Beleuchtung, die meisten Haushaltsgeräte und die gesamte Elektronik und Rechnertechnik mit elektrischer Energie betrieben. Autos mit elektrischem Antrieb werden als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen benzinbetriebenen Gefährten propagiert. Auch medizinische Geräte vom Röntgenapparat über den Kernspintomographen bis hin zum Zahnarztbohrer werden mit elektrischer Energie betrieben. Elektrische Energie wird zumeist zentral in Elektrizitätswerken erzeugt und über das Stromnetz an die Haushalte verteilt. Aus ökologischen Gründen wird aber auch zunehmend dezentrale elektrische Energiewandlung, z. B. mittels Photovoltaikanlagen auf privaten Dächern, gefördert. Wichtige Einrichtungen (z. B. Krankenhäuser) sind mit Notstromaggregaten ausgestattet, damit auch bei einem Stromausfall elektrische Energie zur Verfügung steht. Ist eine permanente Verbindung mit dem Stromnetz nicht möglich, z.B. bei Autos oder mobilen Geräten, so muss die elektrische Energie entweder zwischengespeichert oder direkt im Gerät erzeugt werden (z. B. mittels kleiner Solarzellen für Taschenrechner, oder mittels Brennstoffzellen). Eine direkte Speicherung der elektrischen Energie ist nur durch Wandlung in eine andere Energieform möglich, z. B. mittels Batterien oder Akkumulatoren, in einer anderen Größenordnung z. B. bei Pumpspeicherkraftwerken. Ausnahme bilden die Kondensatoren, die aber nur relativ kleine Energiemengen aufnehmen können. Der umgangssprachliche Ausdruck "Strom verbrauchen" ist technisch gesehen nicht richtig, da der Strom, der in ein Gerät hineinfließt, auch wieder hinausfließt. In der Tat ist es beim üblichen Haushaltsstrom sogar so, dass die Elektronen nur im Leiter ein kleines Stück hin- und her "wackeln", ohne dass tatsächlich eine nennenswerte Anzahl von Elektronen aus der Leitung ins Gerät fließt. Was tatsächlich "fließt", ist elektrische Energie. Diese wird ebenfalls nicht verbraucht, wie sich das umgangssprachlich eingebürgert hat, sondern wird umgewandelt, z.B. in mechanische Energie (Motor), Wärmeenergie (Haartrockner) und chemische Energie (z.B. beim Aufladen von Handy-Akkus). Die dabei verrichtete Arbeit (das Produkt aus Spannung, Stromstärke und Zeit) wird durch einen sog. Stromzähler ermittelt. Deswegen wird der "Stromverbrauch" auch in der Energieeinheit Kilowattstunde, und nicht in der Stromeinheit Ampere gezählt. Neben der Energieversorgung spielt der elektrische Strom auch für die technische Kommunikation eine wesentliche Rolle. So basiert das Telefonnetz zumindest am Teilnehmeranschluss bis heute auf elektrischer Signalübertragung. Dies gilt auch für moderne Datenübertragungstechniken wie DSL. Allerdings wird das eigentliche Telefonnetz heutzutage immer mehr auf Glasfaser umgestellt. Ebenfalls auf elektrischen Signalen basiert das Kabelfernsehen. Die Kommunikation mittels elektromagnetischer Wellen basiert zwar nicht direkt auf elektrischem Strom, aber das Aussenden und Empfangen der Wellen ist prinzipiell nur über elektrische Anlagen möglich.

Stromverbrauch Privathaushalte

Deutschland 2002 : 135,7 Terawattstunden Der Stromverbrauch aus den Netzen der allgemeinen Versorgung blieb im ersten Quartal 2004 mit 130 Milliarden Kilowattstunden konstant. Somit nutzt die Wirtschaft ca. 3/4 des erzeugten Stroms und die privaten Haushalte 1/4.

Stromverbrauch nach Haushaltsgeräten in %

- Haushaltsgeräte Kühlen 30 %
- Haushaltsgeräte Kochen, Bügeln, Wäschetrocknen 18 %
- Heizung 17 %
- Klimaanlagen 17 %
- PC, TV, Audio, Telefon 10 %
- Licht 8 %

Stromverbrauch pro Nutzungseinheit

- Wäschetrockner ca. 2 kWh pro Trocknung
- Geschirrspülmaschine ca. 1 kWh pro Füllung
- Kühlschrank alt: 65 Watt = 1,56 kWh pro Tag; 569,4 kWh pro Jahr
- Kühlschrank neu: 20 Watt = 0,48 kWh pro Tag; 175,2 kWh pro Jahr
- Geräte im "Stand by" alt: 10 Watt = 0,24 kWh pro Tag; 87,6 kWh pro Jahr
- Geräte im "Stand by" modern: 2 Watt = 0,048 kWh pro Tag; 17,52 kWh pro Jahr; (Anm.: Ungefährangaben, und sollten noch präzisiert werden) Manche örtlichen Stromversorgungsunternehmen verleihen Energieverbrauchsmessgeräte, mit denen jedes Haushaltsgerät einzeln gemessen werden kann (Momentane Leistung in Watt und Energieverbrauch in kWh in einem Zeitintervall) .

Stromstärketabelle

- Stromstärke I beim Zusammenziehen von Muskeln: 0,015 A = 15 mA
- Loslassgrenze (ab dieser Stromstärke ist der Mensch nicht mehr in der Lage, den Leiter loszulassen, da die Muskeln verkrampfen und nicht mehr von Willen gesteuert werden können): ca. 0,01 A = 10 mA
- Schmerzen und Verkrampfen der Atmung: ca. 0,02 A = 20 mA
- Tödlicher Stromstoß für Menschen: ca. 0,5 A = 500 mA (Diese Stromstärke wird aufgrund des Innenwiderstandes des menschlichen Körpers (ca. 1000 Ohm) erst ab bestimmten Spannungen erreicht, so dass gewöhnliche Batterien sowie elektrische Spannungen bis etwa 12 V in der Regel harmlos sind.) Die Einwirkungsdauer des Stromflusses ist entscheidend für die physiologischen Auswirkungen.
- Strom bei einer Taschenlampe: ca. 0,2 A = 200 mA
- Strom bei einem Ventilator: ca. 0,12 A = 120 mA
- Strom einer Zimmerbeleuchtung: ca. 0,2 A bis 1 A (200 mA bis 1000 mA)
- Strom zum Betrieb einer Elektrolokomotive: über 300 A
- Strom in einem Blitz: ca. 100.000 A Ein Fehlerstrom von ca. 300 mA (z.B. durch Isolationsfehler) kann bei Netzspannung von 230 V bereits als Zündquelle für leicht entzündliche Stoffe wirken.

Physikalische Zusammenhänge

- Die Stromstärke I (in Ampere) ist: :

I = \frac

Ladung Q (in Coulomb)
Zeit t (in Sekunden)
:

I = \frac = \frac = \sqrt

Spannung U (in Volt)
Widerstand R (in Ohm)
Elektrische Leistung P (in Watt)

Siehe auch

- Elektrizität
- Elektrostatik
- Elektrodynamik
- Stromerzeugung
- Ableitstrom
- Strom-Spannungs-Kennlinie
- Liste der größten Stromproduzenten

Weblinks

- [http://www.technikbase.de/index.php?&id=1_20_1_9&popup=uri POPUP-MiniTool für Strom Spannung Widerstand]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohm.htm Berechnung: Elektrischer Strom]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/materialseiten/m02_stromstaerke.htm Versuche und Aufgaben zur Stromstärke]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohmschesgesetz.htm Das ohmsche Gesetz]
- [http://www.elektronikinfo.de/strom/strom.htm Elektrischer Strom - CC-Info] Kategorie:Theoretische Elektrotechnik ja:電流 ko:전류

Betrag

siehe
- Summe
- mathematisch: Absoluter Betrag.

Englische Sprache

Die englische Sprache (Englisch) ist eine germanische Sprache. Sie gehört, wie auch das Deutsche und das Niederländische, dem westlichen Zweig der germanischen Sprachen an. In einem eigenen Artikel gibt es mehr zur Geschichte der englischen Sprache. Englisch ist heute die am weitesten verbreitete Sprache der Welt, während es sich bei Mandarin-Chinesisch um die meistgesprochene Sprache handelt. Die englische Sprache wird in sehr vielen Ländern als erste Fremdsprache in den Schulen gelehrt (siehe Englisch (Schule)) und ist offizielle Sprache der meisten internationalen Organisationen. Viele dieser Organisationen haben daneben noch andere offizielle Sprachen. Englisch gilt als Weltsprache. Heute wird Englisch weltweit von etwa 340 Millionen Menschen als Muttersprache gesprochen, das heißt, etwa 340 Millionen Menschen sind anglophon. Zählt man die Zweitsprachler hinzu, kommt man auf etwa 510 Millionen Sprecher.

Verbreitung

Amtssprache

Englisch ist Amtssprache in den folgenden Staaten, wobei die Zahlen die ungefähre Zahl der Muttersprachler angeben, soweit bekannt: Englisch ist zudem Amtssprache bei der Europäischen Union, bei der Afrikanischen Union, der Organisation Amerikanischer Staaten und bei den Vereinten Nationen.

Sonstige Verwendung

Die englische Sprache dient zudem als Verkehrssprache in folgenden Ländern und Regionen:
- Gibraltar
- Hongkong
- Israel
- Malaysia
- St. Martin
- Somalia
- Zypern

Sprachwissenschaftliche Einordnung

Das Englische gehört zu den indogermanischen Sprachen, die ursprünglich sehr stark flektierende Merkmale aufwiesen. Alle indogermanischen Sprachen weisen diese Charakteristik bis heute mehr oder minder auf. Es besteht jedoch in allen diesen Sprachen eine Tendenz weg von flektierenden und hin zu isolierenden Formen. Im Englischen ist diese Tendenz besonders ausgeprägt gewesen, so dass es sich im Laufe seiner Entwicklung im Wesen stark gewandelt hat. Heute trägt die englische Sprache überwiegend isolierende Züge und ähnelt strukturell teilweise stärker isolierenden Sprachen wie dem Chinesischen als den genetisch eng verwandten Sprachen wie dem Deutschen. Zudem hat sich die Sprache heute durch die weite Verbreitung in viele Dialekte aufgeteilt. Viele europäische Sprachen bilden auch völlig neue Begriffe auf Basis der englischen Sprache (Anglizismen). Auch in einigen Fachsprachen werden die Termini von Anglizismen geprägt, z.B. in den Bereichen Informatik und Wirtschaft. Der Language Code ist en beziehungsweise eng (nach ISO 639); der Code für Altenglisch (etwa 450 bis 1100) ist ang und der Code für Mittelenglisch (etwa 1100 bis 1500) ist enm.

Sprachvarianten der englischen Sprache

Durch die weltweite Verbreitung der englischen Sprache hat diese in verschiedenen Gegenden zahlreiche Varianten entwickelt. Nach der bekanntesten und fremdartigsten Variante des Englischen spricht man oft auch von einer Pidginisierung, wenn eine Sprache sich durch ihre weite Verbreitung in mehrere Sprachen aufzuteilen beginnt, die untereinander kaum noch kompatibel sind. Folgende Sprachvarianten werden unterschieden:
- Siehe auch: Internationale Klassifizierungen (Englische Sprache) Eine Reihe von Pidginsprachen und Kreolsprachen haben sich auf englischem Substrat entwickelt. Das Eindringen von Anglizismen in andere Sprachen wird manchmal mit abwertenden Namen wie "Denglisch" (Deutsch und Englisch) oder "Franglais" (Französisch und Englisch) versehen. Dabei handelt es sich nicht um Varianten des Englischen, sondern um Erscheinungen in anderen Sprachen.
- Siehe auch: Englische Sprache in anderen Sprachen Der scherzhafte Begriff "Engrish" bezeichnet ebenfalls keine Variante der englischen Sprache, sondern bezieht sich auf das unbeholfene Englisch, das gelegentlich in asiatischen Ländern anzutreffen ist, hier insbesondere bei Japanern, die den Lateral "l", der im Japanischen nicht vorkommt, durch "r" ersetzen.

Textsammlungen

Beim Project Gutenberg stehen zahlreiche Texte frei zur Verfügung.

Siehe auch

- Englische Grammatik
- Ghoti
- Liste englischer Redensarten
- Englische Phonetik
- Englische Sprache in der Werbung
- Liste von Sprachen nach der Zahl ihrer Muttersprachler
- Chronologie englischsprachiger Medien

Literatur

- Wolfgang Viereck, Heinrich Ramisch, Karin Viereck: dtv Atlas Englische Sprache. dtv, 2002. ISBN 3423032391
- J. C. Wells: Accents of English. Volume I: An Introduction. Cambridge University Press, 1982. ISBN 0521297192
- J. C. Wells: Accents of English. Volume II: The British Isles. Cambridge University Press, 1982. ISBN 0521285402
- J. C. Wells: Accents of English. Volume III: Beyond the British Isles. Cambridge University Press, 1982. ISBN 0521285410
- Michael McCarthy, Felicity O'Dell: English Vocabulary in Use. upper-intermediate and advanced. Cambridge University Press, 1994
- Raymond Murphy: English Grammar in Use. Cambridge University Press, 1985
- Robert Phillipson: Linguistic Imperialism. Oxford University Press, 2000. ISBN 0194371468

Weblinks

- http://dict.leo.org/ – umfangreiches und ständig erweitertes Deutsch-Englisch und Englisch-Deutsch Online-Wörterbuch
- http://www.odge.de/ - Deutsch-Englisch und Englisch-Deutsch Wörterbuch mit über 420.000 Übersetzungen (auch ungewöhnliches)
- http://www.dict.cc/ – Deutsch-Englisch und Englisch-Deutsch Wörterbuch mit mittlerweile über 400.000 Übersetzungen
- http://www.dict.org/ – greift auf mehrere Wörterbücher zu, die das dict-Protokoll benutzen
- http://www.EnglishTensesWithCartoons.com Englishe Zeiten
- http://www.phon.ucl.ac.uk/home/estuary/index.html - Estuary English
- http://www.wordorigins.org/ – Die Herkunft einiger hundert englischer Wörter
- http://www.etymonline.com/ – Online Etymology Dictionary, Erklärungen zur Herkunft einiger tausend englischer Wörter
- http://www.englisch-hilfen.de/ – kostenlose Nachhilfe mit Erklärungen und Übungen
- http://www.ego4u.de/ – Englische Grammatik Online
- http://www.sprachschule-lbt.de/index.php?sprachschulen=englischkurse-5-spaltensystem&englisch-lernen=lernhilfen – kostenloses Grammatiksystem der englischen Sprache zum Selbstlernen
- http://www.quickdic.de/ – Wörterbuch zum Herunterladen
- http://www.phrasen.com/ – Wörterbuch der englischen Redewendungen
- http://www.urbandictionary.com - Slang Dictionary
- http://www.woerterbuch.info/ – Deutsch-Englisch Wörterbuch mit 600.000 Übersetzungen und 125.000 Synonymen
- http://www.alt-usage-english.org/audio_archive.shtml - Sprachfiles für Indisch-, Britisch-, Austrailienenglish und noch vieles mehr Kategorie:Einzelsprache Kategorie:Englische Sprache Kategorie:Anglistik als:Englische Sprache ja:英語 ko:영어 ms:Bahasa Inggeris simple:English language th:ภาษาอังกฤษ zh-min-nan:Eng-gí

Gleichspannung

Die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit nötig ist bzw. frei wird, um ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung entlang eines elektrischen Feldes zu bewegen. Das Formelzeichen der Spannung ist U bzw. im internationalen Sprachraum überwiegend E (Verwechslungsgefahr mit Feldstärke) oder V. Die Einheit ist das Volt, benannt nach Alessandro Volta.

Allgemeines

Wenn das elektrische Feld ein Potentialfeld ist (vgl. konservatives System), so ist die Arbeit, die auf dem Weg zwischen zwei Orten an einer Ladung verrichtet wird, wegunabhängig. Hieraus folgt, dass die elektrische Spannung zwischen diesen Orten eindeutig als die Differenz der jeweiligen Potentiale definiert ist. Deshalb wird die elektrische Spannung häufig auch Potentialdifferenz oder Galvanispannung (U = Δφ = φ₁-φ₂) genannt. Somit könnte das Formelzeichen U für Unterschied stehen. U soll jedoch von urgere (treiben) kommen. Eine positive Spannung zeigt somit immer vom Ort höheren Potentials zum Ort niedrigeren Potentials. Positive Ladungsträger bewegen sich also in Richtung der (positiven) Spannung, während negativ geladene Objekte sich einer positiven Spannung entgegen bewegen. Zu beachten ist aber, dass die Spannung eine skalare Größe darstellt; die in vielen Darstellungen verwendeten Spannungspfeile legen lediglich das Vorzeichen fest. Wichtig für die eindeutige Definition der Spannung ist, dass das elektrische Feld ein Potentialfeld darstellt, also wirbelfrei ist. Das bedeutet, dass die Arbeit, die an einer Ladung auf einem geschlossenen Weg verrichtet wird, gleich null ist. Um die Spannung zu messen, verwendet man ein Voltmeter, und um einen zeitlichen Spannungsverlauf aufzuzeichnen, benutzt man ein Oszilloskop. Der Begriff der elektrischen Spannung ist direkt mit dem des elektrischen Stroms verknüpft: Wenn zwischen zwei Punkten eine elektrische Spannung herrscht, dann existiert stets auch ein elektrisches Feld, das eine Kraft auf Ladungsträger bewirkt. Sind die Ladungsträger frei beweglich, wie z. B. in einem elektrischen Leiter, so bewirkt eine Spannung, dass die Ladungsträger in Bewegung gesetzt werden und ein elektrischer Strom beginnt zu fließen. Auf "natürliche" Weise entsteht elektrische Spannung bei den Vorgängen der Reibungselektrizität, bei Gewittern und bei Redoxreaktionen. Zur technischen Nutzung werden Spannungen meist durch elektromagnetische Induktion sowie durch Elektrochemie erzeugt.

Formeln

\mathrm = \frac \qquad \mathrm \qquad U = \frac

\mathrm = \mathrm \cdot \mathrm \qquad \mathrm \qquad U = R \cdot I

\mathrm = \frac \qquad \mathrm\qquad U = \frac

In der Potentialschreibweise auch: :

U = \Delta \phi = \; \phi_2 - \phi_1 \qquad \qquad \mathrm \qquad \qquad \phi = \frac

Siehe auch: Ohmsches Gesetz, Coulombsches Gesetz, Leistung, Stromstärke, Widerstand, Ladung, Arbeit

Ab ca. 42 Volt ist Spannung für den Menschen gefährlich, weil der Übergang von der Haut zum Körperinneren überwunden wird und die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers erheblich zunimmt.

Doch nicht allein die Spannung (U) sondern die Stromstärke (I) ist für einen tödlichen Schlag verantwortlich. Schon eine Stromstärke von 50 mA kann tödlich sein.

Wechselstrom

Effektivspannung ist die Spannung, die im Mittel zur Verfügung steht. Dieses wird bei gleichgerichteten, geglätteten Schaltungen deutlich. Für die effektive Spannung ergibt sich die Formel: :

\qquad U_ = \frac

Bezeichnungen

Spannungen bis 50 Volt nennt man Kleinspannung, 50 Volt bis 1000 Volt Niederspannung, und größer als 1000 Volt Hochspannung. In der Energiewirtschaft werden Spannungen über 1000 Volt (= 1 Kilovolt) unterteilt in
- Mittelspannung: 1 kV ... 50 kV
- Hochspannung: 50 kV ... 200 kV
- Höchstspannung: > 200 kV

Übliche Spannungen

Zahlreiche Spannungsgrößen sind weit verbreitet und genormt, dazu gehören: Andere Spannungsgrößen werden nur in ihrem eigenen Netz verwendet und sind nicht normativ festgelegt, beispielsweise:

Weblinks

- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohm.htm Berechnung: Elektrische Spannung, Strom, Widerstand und Leistung]
- [http://taichi.dyndns.org/erwin/tesla.html Spannungsmessung im Megavolt-Bereich (Tesla-Anlage)]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/materialseiten/m03_spannung.htm Versuche und Aufgaben zur elektrischen Spannung] Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Theoretische Elektrotechnik Kategorie:Elektrostatik ja:電圧

Akku

Für weitere Bedeutungen von Akkumulator siehe Akkumulator (Begriffsklärung). ---- Ein Akkumulator, oder kurz Akku, ist ein elektrischer Energiespeicher, meist auf Basis eines elektrochemischen Systems, also eine wiederaufladbare oder Sekundär-Batterie. Batterie

Funktionsweise

In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Das System steht so lange im Gleichgewicht, wie zwischen den beiden Elektroden kein Strom fließen kann. Wird aber ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt (siehe dazu: Galvanische Zelle). Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird Wärme frei, wodurch ein Teil der zum Aufladen aufgewendeten Energie verloren geht. Das Verhältnis der entnehmbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie wird als Ladewirkungsgrad bezeichnet. Die von einer elektrochemischen Zelle erreichte elektrische Nennspannung hängt von der Art der verwendeten Materialien ab.

Verwendung

Akkumulatoren kommen dort zur Anwendung, wo ein zeitweise oder gänzlich netzunabhängiger Betrieb von elektrischen Geräten erforderlich ist, oder um Unterbrechungen in der stationären Energieversorgung zu überbrücken. Wichtige Bereiche, die es abzusichern gilt sind z.B. Rechenzentren, Alarmsysteme und lebenserhaltende Systeme in Krankenhäusern. Für Anlagen mit hoher Leistung werden Dieselgeneratoren eingesetzt. Bis diese aber ihre Drehzahl erreicht haben, übernimmt die mit Akkumulatoren betriebene, viel schneller auf Spannungsunterbrechungen reagierende USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) die Energieversorgung. Bereiche für den Betrieb netzferner Verbraucher sind beispielsweise Hütten in ländlichen Gegenden (ca. 1/3 der Menschheit wird nicht auf absehbare Zeit an elektrische Netze angebunden werden), die nur über Solar-, Wind- oder Dieselgeneratoren versorgt werden, Kraftfahrzeuge sowie Telemetrik und Automaten, für die eine Netzanbindung zu kostspielig ist.

Typen

Zur Herstellung von Akkumulatoren häufig verwendete Materialien sind:
- Pb - Bleiakku (2 V Nennspannung/Zelle)
- NiCd - Nickel-Cadmium-Akku (1,2 V Nennspannung/Zelle)
- NiMH - Nickel-Metallhydrid-Akku (1,2 V Nennspannung/Zelle)
- LiIon - Lithium-Ionen-Akku (3,7 V Nennspannung/Zelle)
- LiPo - Lithium-Polymer-Akku (3,7 V Nennspannung/Zelle)
- RAM - Rechargeable Alkaline Manganese (1,5 V Nennspannung/Zelle)
- PTMA - modifizierten PTMA respektive 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yl methacrylate organisches Polymer und umweltverträglich

Ladungsmenge und Kapazität

Die Ladungsmenge, die ein Akkumulator speichern kann, wird in Amperestunden (Ah) angegeben und als "Kapazität" (Nennkapazität) bezeichnet (nicht zu verwechseln mit der Kapazität eines Kondensators, die anders definiert ist). Die entnehmbare Kapazität hängt vom Entladeverfahren ab, also vom Entladestrom, von der Entladeschlussspannung des Akkus (der Spannung bei der die Entladung beendet wird), und selbstverständlich vom Ladezustand. Es sind verschiedene Entladeverfahren üblich, u.a.: Entladung mit konstantem Strom, Entladung über konstanten Widerstand oder Entladung mit konstanter Leistung. Je nach Entladeverfahren besitzt der Akku eine andere Kapazität. In einer sinnvollen Angabe der Nennkapazität müssen daher Entladestrom und Entladeschlussspannung mit aufgeführt werden. Generell nimmt die entnehmbare Kapazität eines Akkumulators mit zunehmendem Entladestrom ab. Grund hierfür sind sowohl die zunehmenden Verluste am Innenwiderstand des Akkus als auch die Tatsache, dass die chemischen Prozesse im Akku mit begrenzter Geschwindigkeit ablaufen. Die Verringerung der entnehmbaren Kapazität mit zunehmendem Entladestrom ist stark abhängig vom Akkutyp. Innenwiderstand Für die entladestromabhängige Kapazität haben sich zeitabhängige Angaben eingebürgert. So gibt die C20-Kapazität die verfügbare Energiemenge an, wenn der Akku innerhalb von 20 Stunden mit einem gleichmäßigen Entladestrom bis zu Entladeschlussspannung entladen wird. Multipliziert man die Nennkapazität mit der Nennspannung (Nominal-Spannung), so erhält man den Energiegehalt in Wattstunden (Wh). Um die Spannung zu vervielfachen, werden mehrere Zellen gleicher Kapazität in Reihe geschaltet. Die Zellen können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst werden, wie es zum Beispiel bei der Fahrzeug-Starterbatterie üblich ist, die meist aus sechs Zellen für 12 Volt Nennspannung besteht. Beim Aufladen kommen, je nach Akkutyp, verschiedene Ladeverfahren zur Anwendung. Der Ladevorgang wird dabei durch einen Laderegler gesteuert. Die Leerlaufspannung kann als Indiz für die Qualität eines Akkumulators dienen: Im Laufe der Lebensdauer sinkt aufgrund von chemischen Reaktionen (Alterung) die Leerlaufspannung bei vollständig geladenem Akku ab.

Selbstentladung

Wird ein Akku nicht verwendet, so verliert er über die Zeit einen Teil seiner gespeicherten Energie. Diesen Vorgang nennt man Selbstentladung. Das Maß der Selbstenladung hängt von Typ und Alter des Akkus sowie von der Lagertemperatur ab. Bei der Lagerung von Akkus wird folgendes empfohlen:
- LiIon: Ladezustand 40 %, möglichst kühl lagern.
- Blei: Ladezustand 100 %, möglichst kühl lagern. Selbstentladung monatlich 5-10 % (Blei-Säure) bzw. 2-5% (Blei-Gel), ein längere Zeit entladener Akku ist zerstört
- NiMH: Ladezustand 100 %. Selbstentladung monatlich um 30 %
- NiCd: Ladezustand 0%. Selbstentladung monatlich um 20 % (Alle Angaben zur Selbstentladung beziehen sich auf Raumtemperatur)

Auswahl

Kriterien für die Auswahl eines Akkumulatortyps für eine bestimmte Anwendung sind unter anderem:
- Die gravimetrische Energiedichte. Sie sagt aus, wieviel Wh elektrischer Energie ein Akkumulator pro Masse (z.B. kg) liefern kann. Dieser Wert ist besonders interessant für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, herkömmliche Bleiakkus erreichen hier ca. 60 Wh/kg, LiIon-Akkus ca. 120-200 Wh/kg.
- Die volumetrische Energiedichte. Sie sagt aus, wieviel Wh elektrischer Energie ein Akkumulator pro Volumen (z.B. Liter) liefern kann. Hier liegt der Wert für herkömmliche Bleiakkus bei ca. 50 Wh/l, LiIon-Akkus ca. 500 Wh/l.
- Der maximal mögliche Entladestrom. Er ist wichtig für alle Anwendungen, bei denen kurzzeitig sehr hoher Energiebedarf besteht. Dies ist zum Beispiel beim Starten von Fahrzeugmotoren der Fall, aber auch bei Elektrowerkzeugen.
- Die möglichen Abmessungen und Bauformen der Akkuzelle. Sie sind entscheidend, wenn der Akku auf möglichst kleinem Raum in elektronischen Geräten integriert werden soll. Ein gasdichter Aufbau ermöglicht den lageunabhängigen Einsatz ohne Gefahr durch auslaufenden Elektrolyt oder korrosive Gase. Aus der Anwendung der oben genannten Kriterien ergeben sich für jeden Akkutyp einige typische Anwendungsgebiete, wobei insbesondere bei NiCd-, NiMH- und LiIon-Akkus die Grenzen fließend sind:
- Bleiakku: Fahrzeugbatterien, Stationärbetrieb in Notbeleuchtungsanlagen und Insel-Fotovoltaik-Anlagen
- NiCd-Akku: Elektrowerkzeuge, portable elektronische Geräte mit kurzzeitig hoher Stromaufnahme (Foto-Blitzgeräte)
- NiMH-Akku: portable elektronische Geräte mit konstanter Stromaufnahme
- LiIon-Akku: portable elektronische Geräte mit kleinen Abmessungen und langer Betriebszeit (Mobiltelefone, Kameras)

Siehe auch

- Akkupack
- Akkuwerkzeug
- Elektrofahrzeug
- Energiespeicher
- Energieversorgung
- Rückstromladen
- Stromquelle
- Hydraulikspeicher

Literatur

- Lucien F. Trueb, Paul Rüetschi: Batterien und Akkumulatoren - Mobile Energiequellen für heute und morgen. Springer, Berlin 1998 ISBN 3-540-62997-1
- David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002 ISBN 0-071-35978-8
- Martin Winter, Jürgen O. Besenhard: Wiederaufladbare Batterien – Teil I: Akkumulatoren mit wäßriger Elektrolytlösung. Chemie in unserer Zeit 33(5), S. 252-266 (1999), Wiley-VCH Verlag GmbH,
- Martin Winter, Jürgen O. Besenhard: Wiederaufladbare Batterien – Teil II: Akkumulatoren mit nichtwäßriger Elektrolytlösung. Chemie in unserer Zeit 33(6), S. 320-332 (1999), Wiley-VCH Verlag GmbH,

Weblinks

- http://www.flyheli.de/akku.htm Informationen zum Umgang mit Akkus
- [http://www.powerstream.com/BatteryFAQ.html Battery Chemistry FAQ] (englisch)
- http://www.chip.de/artikel/c_druckansicht_12038195.html Chip-Artikel: Akku-Praxis: So leben Ihre Akkus länger
- http://www.jens-seiler.de/bastelecke/akkus/ Informationen zu Nickel-Metallhydrid-Akkus
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/249773.html www.wissenschaft.de: Turbo-Akku ist schneller, besser und haltbarer] Neuartiges Batteriesystem ist innerhalb von sechs Minuten aufgeladen und deutlich leistungsfähiger als herkömmliche Varianten
- [http://www.akkufaq.de/ AkkuFAQ.de, häufig gestellte Fragen und Antworten zu Akkus]
- http://www.grs-batterien.de Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien Kategorie:Elektrische Energie Kategorie:Energiespeicher ja:二次電池

Batterie

Eine elektrische Batterie (auch: Akkumulator) ist eine Galvanische Zelle. Der Begriff Batterie bezeichnete ursprünglich die Zusammenschaltung mehrerer Monozellen, jedoch hat sich inzwischen ein Bedeutungswandel des Begriffs vollzogen, so dass mit "Batterie" auch eine einzelne Zelle gemeint sein kann. Galvanische Zelle

Anwendungsgrundlagen

Die Elektrodenmaterialien legen die Nennspannung der Zelle fest. Höhere Spannungen erhält man durch ein Hintereinanderschalten (Reihenschaltung) mehrerer Elemente. Die Kapazität einer Batterie wird als theoretisch entnehmbare Ladungsmenge in Amperestunden angegeben. Diese ergibt sich bei einem Entladevorgang nach einer vorgegebenen Norm. Die praktisch entnehmbare Kapazität hängt von der tatsächlichen Höhe des Entladestroms, der definierten Spannung bei Entladungsende und der Temperatur der Batterie ab. Die Kapazität (Energiemenge) oder der Maximalstrom bei fester Spannung läßt sich durch größer gebaute Zellen erhöhen. Ein Parallelschalten zur Kapazitätserhöhung kann demgegenüber zur baldigen gegenseitigen Entladung führen, da sich einzelne Zellen in ihrer Leerlaufspannung unterscheiden und deshalb Ausgleichsströme zwischen den parallel geschalteten Zellen fließen. Galvanische Elemente unterliegen aufgrund von Elektrodenvorgängen bei Lagerung einer gewissen Selbstentladung. Diese ist abhängig vom Batterietyp und der Lagerungstemperatur: je niedriger die Temperatur, desto weniger Selbstentladung findet statt. Eine Haltbarkeit bzw. Brauchbarkeitsdauer von Akkumulatoren wird mit der Zahl von Lade-/Entlade-Zyklen angegeben, bis zu der der Akkumulator nur noch eine bestimmte Lade-Kapazität hat. Die Normen DIN 43539 Teil 5 und IEC 896 Teil 2 geben dazu verschiedene Verfahren und Richtwertvorgaben an. Norm In Deutschland regelt die Batterieverordnung die Rücknahme und Entsorgung von Batterien. Sie legt unter anderem fest, dass in Deutschland keine Batterien oder Zellen mit einem Quecksilbergehalt von mehr als zwei Gewichtsprozent in den Verkehr gebracht werden dürfen. Quecksilberknopfzellen sind in Deutschland nicht mehr zulässig. Auch Alkali-Mangan-Batterien enthalten heutzutage kein Quecksilber mehr, während es in den ersten Baureihen noch zum Amalgieren des Elektrodenmaterials erforderlich war. Siehe auch Batterierecycling. Nicht jeder Batterietyp ist in jedem Land erhältlich. Deshalb gibt es insbesondere Flachbatterie-Adapter, welche drei AA-Batterien zu je 1.5 V aufnehmen. Der Adapter lässt sich dann überall dort verwenden, wo auch eine Flachbatterie hineinpasst. Nützlich sind Adapter auch, weil es bis jetzt keine wiederaufladbaren Flachbatterien gibt.

Typen-Variationen

Handelsübliche Batterien gibt es in zahlreichen Varianten sowohl nach dem zugrunde liegenden chemischen Redoxsystem als auch nach den elektrischen Werten oder der geometrischen bzw. konstruktiven Bauform. Von den nachfolgend aufgeführten Bezeichnungen können mehrere zusammen einen Batterietyp beschreiben, z. B. "Alkali-Mangan-Batterie – LR 6/AM-3 – AA – Mignon" oft wird aber nur ein bestimmtes Merkmal gefordert, z. B. die Größe "AA" für eine speziell auf diesen Batterietyp abgestimmte Taschenlampe. Von einer Trockenbatterie spricht man, wenn der Elektrolyt z.B. durch Eindickung, nicht flüssig vorliegt. Dadurch wird die Batterie in beliebiger räumlicher Orientierung, also insbesondere für transportable Anwendungen, einsetzbar.

Einsatzbereiche

Nach dem Einsatzgebiet gibt es folgende Begriffe und Zuordnungen:
- Gerätebatterien werden zur Stromversorgung kleiner, meist tragbarer Geräte eingesetzt, beispielsweise in Taschenlampen. Besonders kleine Ausführungen werden als Knopfzelle bezeichnet.
- Insbesondere für Kraftfahrzeuge werden Starterbatterien verwendet.
- Elektrofahrzeuge verfügen über Traktionsbatterien.
- Stationäre Batterien kommen bei ortsfesten Anwendungen wie beispielsweise unterbrechungsfreien Stromversorgungen in der Industrie zum Einsatz.

Primärzellen

unterbrechungsfreien StromversorgungenAls Primärzellen werden galvanische Zellen bezeichnet, die nach der Entladung nicht wieder neu aufgeladen werden können. Die verschiedenen Typen werden nach den eingesetzten Materialien bezeichnet:
- Alkali-Mangan-Batterie; 1,5 V Nennspannung pro Zelle
- Zink-Kohle-Batterie; 1,5 V pro Zelle
- Oxy-Nickel-Hydroxid-Batterie; 1,5 V pro Zelle
- Lithium-Batterien; je nach Kathodenmaterial 2,9 bis 3,6 V
- Lithium-Eisensulfid-Batterie; 1,5 V pro Zelle
- Zink-Luft-Batterie; 1,5 V pro Zelle
- Quecksilberoxid-Zink-Batterie; 1,35 V pro Zelle
- Silberoxid-Zink-Batterie; 1,55 V pro Zelle

Sekundärzellen

Als Sekundärzellen oder Akkumulatoren werden galvanische Zellen bezeichnet, die nach der Entladung wieder neu aufgeladen werden können. Verbreitete Typen werden ebenfalls nach den verwendeten Materialien bezeichnet:
- Bleiakkumulator (Bleidioxid/Blei); 2 Volt Nennspannung pro Zelle. Der Elektrolyt (Schwefelsäure H₂SO₄) kann in flüssiger Form, in Vlies gebunden oder als Gel eingedickt im Akkumulator untergebtracht sein. Letztere Bauform wird als Blei-Gel-Akku bezeichnet.
- Nickel-Cadmium-Akku; 1,2 V pro Zelle
- Nickel-Metallhydrid-Akku; 1,2 V pro Zelle
- Lithium-Ionen-Akku; 3,7 V pro Zelle
- Lithium-Polymer-Akku
- Alkali-Mangan-Batterie (englisch: Reusable Alkaline Manganese, kurz: RAM); 1,5 V pro Zelle
- Silber-Zink-Akku; 1,5 V pro Zelle
- Nickel-Wasserstoff-Akku; 1,2 V pro Zelle

Baugrößen

Nickel-Wasserstoff-Akku Als Gerätebatterien werden häufig die elektrischen Batterien bezeichnet, die sehr verbreitet im Alltagsgebrauch für die Energieversorgung von Elektrokleingeräten wie Uhren, Radios, Spielzeug, Taschenlampen oder sonstigen tragbaren Geräten und auch in fest installierten Geräten wie beispielsweise Brandmeldern verwendet werden. Gerätebatterien müssen kompakt, lageunabhängig einsetzbar, leicht und trotzdem mechanisch widerstandsfähig sein. Sie dürfen bei normaler Lagerung und Verwendung im Gerät weder auslaufen noch gasen. Sie sind in einer Vielzahl von Ausführungen auf der Basis von Zink-Kohle- oder Alkali-Mangan-Batterie im Handel erhältlich. Ihre Bezeichnung folgt den von der IEC festgelegten Leistungsklassen und den von der ANSI genormten Baugrößen: Neben diesen "Standardtypen" gibt es noch eine große Formenvielfalt bei produktspezifischen Batterien für Fotoapparate und bei Knopfzellen. Knopfzelle

Literatur

Weblinks

- [http://www.baumarkt.de/b_markt/fr_info/batterie.htm Die richtige Batterie für den richtigen Einsatz], die wichtigsten Größen und Typen
- [http://www.batteryuniversity.com/ Battery University (englisch / deutsch)] Gerätebatterien
- [http://www.ict.fhg.de/deutsch/scope/ae/bg.html Batterie-Glossar]
- [http://www.powerstream.com/BatteryFAQ.html Battery Chemistry FAQ] (Englisch)
- [http://www.grs-batterien.de/ Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien]
- [http://www.solarlink.de/leitfaden.htm Leitfaden für die Gleichstromversorgung] Kategorie:Elektrische Energie Kategorie:Energiespeicher ja:電池 ko:전지

Solaranlage

Eine Solaranlage dient zur Umwandlung von solarer Strahlungsenergie (Sonnenstrahlung) in eine andere Energieform. Solaranlagen lassen sich nach dem Arbeitsprinzip und der gewonnenen Energieform in drei grundsätzliche Typen unterscheiden:
- Thermische Solaranlagen, liefern Wärme
- Thermische Solarkraftwerke, liefern elektrische Energie
- Fotovoltaikanlagen, liefern elektrische Energie

Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlagen können für die Erwärmung von Trinkwasser (Dusch- und Badewasser), Wärme zur Raumheizung und Prozesswärme eingesetzt werden. Dabei wird ein speziell beschichteter und hinten gedämmter Kollektor durch die Sonnenenergie erhitzt. Durch die Röhren des Kollektors strömt eine Flüssigkeit, seltener auch ein Gas, das diese Wärme aufnimmt. Mittels einer Pumpe im Kreislauf wird das Wärmeträgermedium dann zu einem Speicher (häufig ist dies ein Warmwasserspeicher) oder zum Verbraucher gepumpt. In Zentraleuropa können mit thermischen Solaranlagen je nach Region üblicherweise bis zu 60% Energiebedarfs zur Erwärmung von Trinkwasser gedeckt werden. Es sind auch höhere Deckungsbeiträge und der Einsatz in der Gebäudeheizungstechnik möglich, jedoch kann diese Anwendung wirtschaftlich derzeit nur selten mit konventionellen Heizungssystemen konkurrieren. Bei weiter steigenden Energiepreisen ist jedoch nicht auszuschließen, dass der Einsatz von Solarenergie zu Raumheizung neben dem ökologischen Aspekt auch wirtschaftlich zunehmend an Bedeutung gewinnt. Der Schweizer Ingenieur Josef Jenni zeigte am Projekt des Obernburger Sonnenhauses bereits 1989, dass bei entsprechendem Aufwand eine hundertprozentige Deckung des Wärmebedarfs eines Einfamilienhauses durch Solarenergie erreichbar ist.

Thermische Solarkraftwerke

Thermische Solarkraftwerke wandeln das Sonnenlicht indirekt in elektrischen Strom. Die meisten solarthermischen Kraftwerkskonzepte verwenden konzentrierende Kollektoren um das einfallende Sonnenlicht zu bündeln. Dabei werden sehr hohe Temperaturen erreicht. Die so gewonnene Wärme wird in Wärmekraftwerken in elektrischen Strom gewandelt. Wärmekraftwerk

Fotovoltaikanlagen

Fotovoltaikanlagen wandeln das Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Kernelement ist die Solarzelle, die bei Lichtbestrahlung elektrische Energie abgibt. Der so gewonnene Strom kann entweder direkt verwendet, in einer Solarbatterie gespeichert oder auch in ein Stromnetz eingespeist werden.

Weblinks

[http://www.top50-solar.de www.top50-solar.de] - Linksammlung zum Thema Erneuerbare Energien Kategorie:Haustechnik Kategorie:Umwelttechnik Kategorie:Kraftwerk Kategorie:Solarenergie

Elektronik

Elektronik ist ein Teilbereich der Elektrotechnik, in dem bevorzugt Bauelemente mit elektrischer Steuerung verwendet werden. Mechanische Bestandteile wie z. B. Schalter oder Relais fallen nicht unter die Bezeichnung Elektronik. Als elektronische Bauelemente werden beispielsweise Elektronenröhren, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren und Spulen verwendet. Durch Verbindung dieser Elemente – insbesondere durch Integration auf einem Chip (monolithische Schaltung) – entstehen komplexere Bauteile wie Multiplexer, Operationsverstärker, Flipflops, integrierte Schaltkreise, Analog-Digital-Wandler usw. Wichtige Teilbereiche der Elektronik sind die Digitaltechnik, die Analogtechnik und die Hochfrequenztechnik.

Geschichte

Elektronik (grie. elektron = Bernstein): Anfang des 20. Jahrhunderts wurden die ersten Vakuumröhren entwickelt und in ersten Schaltungen genutzt. Mit der Triode stand zum ersten Mal ein brauchbares Bauelement zum Aufbau von Verstärkern zur Verfügung. Dadurch wurden Erfindungen wie Rundfunk, Fernsehen und Radar möglich. Im Jahr 1948 wurde dann der erste Transistor vorgestellt. Transistoren können wie Röhren als Verstärker, steuerbare Schalter oder als Oszillator eingesetzt werden. Jedoch im Gegensatz zu Vakuumröhren, die sehr viel Raum und Strom (genau genommen Spannung) brauchen, lassen sich Transistoren sehr klein fertigen, denn sie basieren auf Halbleitertechnologie. In den sechziger Jahren gelang dann die Fertigung von kompletten Schaltungen, bestehend aus mehreren Transistoren und weiteren Bauelementen, auf einem einzigen Siliziumkristall. Die dadurch eingeleitete Technik der Integrierten Schaltkreise (IC) hat seitdem zu einer stetigen Miniaturisierung geführt.

Analogelektronik

Die Analogelektronik oder Analogtechnik, speziell die Niederfrequenztechnik, beschäftigt sich vor allem mit der Manipulation von kontinuierlichen Signalen. Die wichtigste Schaltung der Analogtechnik ist der Verstärker, mit dessen Hilfe sich weitere Funktionen aufbauen lassen (Oszillator, Filter, etc.). Der Operationsverstärker ist ein universelles Bauelement mit einem differenziellen Eingang. Sein Name rührt daher, dass mit ihm mathematische Operationen (Subtraktion, Addition, Integration, etc.) ausgeführt werden können. Operationsverstärker finden in der Analogelektronik breite Anwendung. Der Genauigkeit der Signalverarbeitung sind in der Analogelektronik durch störende Effekte wie Rauschen oder Nichtlinearitäten Grenzen gesetzt.

Digitalelektronik

Die Digitalelektronik oder Digitaltechnik beschäftigt sich mit der Verarbeitung von diskreten Signalen (ausgedrückt als Zahlen oder logische Werte). Bei der Digitalelektronik werden die Signale entweder vor der Verarbeitung mit Hilfe von Analog-Digital-Wandlern digitalisiert (in Zahlen umgewandelt) oder existieren bereits als digitale Signale. Transistoren werden in der Digitaltechnik in der Regel als Schalter und nicht als Verstärker eingesetzt. Der große Vorteil der Digitalelektronik liegt in der Tatsache, dass im Anschluss an die Digitalisierung die bei der Analogelektronik erwähnten störenden Effekte keine Rolle mehr spielen. Bei der Signalverarbeitung können sich z. B. die Spannungspegel in bestimmten, vorgegebenen Bereichen ändern, ohne das entsprechende digitale Signal zu verändern. Die Digitaltechnik hat vor allem durch die immer weiter vorangetriebene Miniaturisierung weite Verbreitung erlangt. Heute lassen sich auf einem integrierten Schaltkreis eine Vielzahl von Funktionen realisieren. Siehe auch Digitaltechnik.

Hochfrequenzelektronik

Die Hochfrequenzelektronik oder Hochfrequenztechnik beschäftigt sich vorwiegend mit der Erzeugung bzw. dem Empfang von Funksignalen. Anwendungen davon sind z. B. Rundfunk, Fernsehen, Radar, Fernsteuerung, drahtlose Telefonie, Navigation. Weitere Bereiche der Hochfrequenzelektronik sind Mikrowellentechnik, kabelgebundene Informationsübertragung oder Bereiche der Medizinelektronik. Der Übergang von der Niederfrequenztechnik zur Hochfrequenzelektronik ist fließend.

Bauelemente

Wichtige Bauelemente sind: Diode, Transistor, Widerstand, Kondensator, Spule Diese Bauelemente werden in einer großen Typenvielfalt angeboten. Darüber hinaus gibt es eine große Vielfalt an anderen Bauelementen, siehe dazu die Liste elektronischer Bauteile. In integrierten Schaltkreisen sind mehrere dieser Bauelemente auf einem Plättchen aus Halbleitermaterial (Chip, Die) zu einer Schaltung vereinigt.

Weiterführende Angaben

Für freizeitmäßig betriebene Hobbyelektronik siehe Elektronikbasteln.

Siehe auch

- Liste elektronischer Bauteile
- Portal:Elektrotechnik
- Mikroelektronik
- Nanoelektronik
- Elektroindustrie
- Elektronikschrott

Literatur

- Horowitz, P., Hill, W., The Art of Electronics, Cambridge University Press, ISBN 0-521-37095-7
Übersetzung:
- Horowitz, P., Hill, W., Die hohe Schule der Elektronik, Elektor Verlag,
- Bd. 1 Analogtechnik, ISBN 3-89576-024-2, [http://www.e-dschungel.de/Info/AOE-Fehler.html Errata]
- Bd. 2 Digitaltechnik, ISBN 3-89576-025-0,
- Bohler, Kähler, Weigt, Bauelemente der Elektronik und ihre Grundschaltungen, Stam-Verlag, ISBN 3-8237-0214-9
- Küpfmüller, K., Kohn, G., Theoretische Elektrotechnik und Elektronik, Eine Einführung, Reihe: Springer-Lehrbuch, 16., vollst. neu bearb. u. aktualisierte Aufl., 2005, XXI, 733 S. 372 Abb., Softcover, ISBN 3-540-20792-9
- Tietze, U., Schenk, C.: Halbleiter-Schaltungstechnik. ISBN 3-540-42849-6
- Hering, Bressler, Gutekunst, Elektronik für Ingenieure, Springer, Berlin, 2001, ISBN 3-540-41738-9
- Schnabel, Patrick, Elektronik Fibel, BoD GmbH, Norderstedt, 2003, ISBN 3-8311-4590-3

Weblinks

- [http://smile.unibw-hamburg.de/ S.m.i.L.E. interaktives Lehr- und Lernprogramm der Professur für Elektronik an der Universität der Bundeswehr Hamburg]
- [http://www.staff.uni-mainz.de/zeitnitz/Elektronik_index.html Elektronik Vorlesung, Uni Mainz 2002, Skripte, Übungsblätter (im PDF-Format)]
- [http://www.prof-gossner.de/Frameset.html Lehrbuch Elektronik, Prof S. Gossner, TFH Berlin]
- [http://www.ieap.uni-kiel.de/plasma/ag-piel/elektronik/index.html Elektronik für Physiker, Uni Kiel]
- [http://www.elektronik-kompendium.de Das Elektronik Kompendium (u.a. FAQ der Newsgroup de.sci.electronics)] Kategorie:Elektrotechnik Kategorie:Elektronik ja:電子工学 ko:전자공학 ms:Elektronik simple:Electronics th:อิเล็กทรอนิกส์

Batterie

Anwendungsgrundlagen

Typen-Variationen

Einsatzbereiche

Primärzellen

Sekundärzellen

Baugrößen

Literatur

Weblinks

Netzteil

Ein Netzteil ist ein Gerät oder eine Baugruppe zur Versorgung mit elektrischer Energie für Geräte oder Baugruppen, die andere Spannungen und Ströme benötigen, als vom Stromnetz bereitgestellt wird. Ausgangsspannung und maximaler Ausgangsstrom können fest eingestellt oder variabel sein.

Funktionsweise

Meist enthält es einen Transformator, der die Wechselstrom-Eingangsspannung auf den oder die erforderlichen Ausgangswerte umsetzt und die galvanische Netztrennung sicherstellt. Aus Sicherheitsgründen darf in der Regel keine elektrisch leitende Verbindung zum Stromnetz vorhanden sein. Der Transformator kann entweder direkt mit der Wechselspannung des Netzes (in Deutschland 230 V, 50 Hz) arbeiten oder mit einer elektronisch erzeugten Wechselspannung höherer Frequenz. Letztere Bauart nennt man Schaltnetzteil, sie ist kleiner und leichter als die mit 50-Hz-Transformator, da die mit einem Transformator übertragbare Leistung mit der Frequenz des Wechselspannung zunimmt. Durch Verringerung an Transformator-Masse und die höheren Betriebsfrequenzen können Eisenverluste reduziert und somit höhere Wirkungsgrade erreicht werden. Wird am Ausgang Gleichspannung benötigt, enthält das Netzteil zusätzlich einen Gleichrichter. In einem stabilisierten Netzteil sorgt eine Regelschaltung (Spannungsstabilisierung) dafür, dass die Ausgangsspannung bei Änderungen der Ausgangslast oder der Eingangsspannung weitgehend konstant bleibt. Ist die Regelschaltung als Linearschaltung ausgelegt, so wird das Produkt aus der Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom als Verlustleistung P_D in Form von Wärme frei:

P_D=(U_-U_) - I_

In Schaltnetzteilen ist die Stabilisierung der Ausgangsspannung in der Regel Bestandteil des Schaltungskonzepts. Es fällt durch die Stabilisierung keine zusätzliche Verlustleistung an, da dem Transformator immer nur soviel Leistung zugeführt wird, wie die Ausgangslast des Netzteils benötigt. Der Wirkungsgrad ist deshalb wesentlich höher, gleichzeitig ist die Abfuhr der Verlustwärme weniger aufwendig.

Bauformen

Netzteile werden, je nach bereitzustellender Ausgangsleistung, in verschiedenen Bauformen hergestellt:

Steckernetzteil

Für kleine Leistungen (< 20 W) als Steckernetzteil. Der Stecker zum Anschluss an das Wechselstromnetz ist in das Gehäuse des Netzteils integriert. Die abgegebene Schutzkleinspannung wird über eine Leitung zum zu versorgenden Gerät geführt.

Eigenständiges Gerät

Für mittlere Leistungen (> 10 W, < 200 W) als eigenständiges Gerät. Das Netzteil wird als abgesetzte Einheit über eine Primärnetz-Leitung gespeist und versorgt über eine abgehende Leitung den angeschlossenen Verbraucher. Die Verwendung externer Netzteile bedeutet in vielen Fällen auch ein Kostenersparnis für den Hersteller. Dies hat zwei Gründe. # Die Anpassung an landesspezifische Stromnetze reduziert sich auf das Netzteil. # Die Sicherheitsprüfung für die Produktzulassung für Kleinspannungsgeräte ist weniger streng als für Geräte mit Netzspannung. Ein zugelassenes Netzteil kann für mehrere Kleinspannungsgeräte verwendet werden.

Integriertes Netzteil

Für größere Leistungen (> 100 W) als Baugruppe innerhalb von Geräten. Die bei größeren Leistungen auftretenden sekundärseitigen Ströme führen zu besonderen Anforderungen hinsichtlich Leiterquerschnitten, Steckverbindern und Absicherung. Bei integrierten Netzteilen kann die Verdrahtung deutlich einfacher ausgeführt werden. Die Integration des Netzteils erhöht anderseits jedoch die Sicherheitsanforderungen an das Gesamtgerät, da dieses nun als Gesamtgerät z. B. hinsichtlich Berührungsschutz, Kriechspannungsabständen und Überspannungsfestigkeit die Anforderungen erfüllen muss, die vorher nur an das separate Netzteil gestellt wurden. Die Bauform als integriertes Netzteil ist zudem immer dann anzutreffen, wenn eine Vielzahl von Sekundär-Spannungen benötigt werden. Diese Spannungen werden dann entweder im Gerät aus der vom externen Netzteil gelieferten einzelnen Spannung gewandelt oder aber das Netzteil wird komplett integriert, um die doppelte Wandlung zu vermeiden oder seitens des Gerätes den Betriebszustand des Netzteils steuern zu können. Durch diese Maßnahme lassen sich bei Geräten der Haushaltselektronik wie beispielsweise Videorekordern, Faxgeräten oder Laserdruckern Standby-Leistungsaufnahmen von unter 2 W realisieren.

DC-Schaltwandler

Interne Netzteile kommen darüber hinaus zum Einsatz, wenn Gleichspannungen transformiert werden sollen, beispielsweise für Audio-Verstärker zum Betrieb im KFZ-Bordspannungsnetz, welche für die Endstufen Spannungen von mehr als 40 V benötigen. Dort kommen DC/DC-Schaltnetzteile zum Einsatz, die im Vergleich zu den 230-V/50-Hz-Geräten den Gleichrichter am Eingang einsparen können, jedoch mehr Schaltungsaufwand benötigen zum störungsfreien Betrieb am teilweise stark beeinträchtigen 13,8 V Bordspannungsnetz. DC/DC-Spannungswandler finden sich im Kleinleistungs-Bereich (< 5 W) als gekapselte Hybrid-Module, welche zur elektrischen Versorgung von galvanisch getrennten Baugruppen eingesetzt werden. Typische Anwendungen sind Line-Interfaces von Telefon-Modems oder Netzwerkkarten. Kategorie:Elektrische Energie Kategorie:Elektronik Kategorie:Leistungselektronik

Elektrische Spannung

Allgemeines

Formeln

\mathrm = \frac \qquad \mathrm \qquad U = \frac

\mathrm = \mathrm \cdot \mathrm \qquad \mathrm \qquad U = R \cdot I

\mathrm = \frac \qquad \mathrm\qquad U = \frac

In der Potentialschreibweise auch: :

U = \Delta \phi = \; \phi_2 - \phi_1 \qquad \qquad \mathrm \qquad \qquad \phi = \frac

Wechselstrom

Effektivspannung ist die Spannung, die im Mittel zur Verfügung steht. Dieses wird bei gleichgerichteten, geglätteten Schaltungen deutlich. Für die effektive Spannung ergibt sich die Formel: :

\qquad U_ = \frac

Bezeichnungen

Übliche Spannungen

Zahlreiche Spannungsgrößen sind weit verbreitet und genormt, dazu gehören: Andere Spannungsgrößen werden nur in ihrem eigenen Netz verwendet und sind nicht normativ festgelegt, beispielsweise:

Weblinks

Selbstinduktion

Induktion (Elektrotechnik)#Selbstinduktion

Transformator

Ein Transformator (kurz: Trafo) ist fachlich als "ruhende elektrische Maschine" bezeichnet und besteht gewöhnlich aus einer oder mehreren Drahtspulen auf einem gemeinsamen Eisenkern. Mit Hilfe von Transformatoren lassen sich elektrische Wechselspannungen herauf- oder herunter transformieren, das heißt erhöhen oder verringern, und damit den technischen Erfordernissen des Gebrauchs anpassen. Während der Begriff Transformator eher aus dem Bereich Energietechnik kommt, heißt das funktionsgleiche Bauteil in der Nachrichtentechnik Übertrager.

Geschichtliche Anfänge

Die Erscheinung der Magnetfelderzeugung aus dem elektrischen Stromfluss und umgekehrt der Stromerzeugung aus einem veränderlichen Magnetfeld war seit Michael Faradays Entdeckungen seit 1831 bekannt, doch erst um 1880 wurde dies von dem Engländer John Dixon Gibbs und dem Franzosen Lucien Gaulard zum Transformator-Prinzip zusammengesetzt. Bei dem Versuch, diese Einrichtung 1882 patentieren zu lassen, scheiterten sie, da ihnen die Absicht unterstellt wurde, ein Perpetuum Mobile vorzuführen. Gibbs und Gaulard übertrugen 1883 in London erstmals 2000-Volt-Wechselstrom mit Transformatoren auf einem stabförmigem Kern über eine Distanz von 40 km. Gaulard führt 1884 auf einer elektrotechnischen Ausstellung in Turin eine ähnliche Anlage vor. 1884 1885 ließen sich die Ungarn Károly Zipernowsky, Miksa Déri und Ottó Titusz Bláthy ein Patent auf den Transformator erteilen. Dieser war mechanisch nach dem umgekehrten Prinzip der heutigen Transformatoren aufgebaut; die Leiterspulen waren um einen soliden Kern aus unmagnetischem Material gewunden, darüber wurden dicke Eisendraht-Lagen gelegt, die eine ferromagnetische Schale bildeten. Dieser Transformator wurde von der Firma Ganz & Co in Budapest weltweit vertrieben. Wesentlichen Anteil an der Verbreitung des Wechselstromsystems und mit ihm des Transformators hatte der US-Amerikaner George Westinghouse, der vor allem durch die Erfindung der Druckluftbremse berühmt wurde. Westinghouse erkannte die Schwächen der damals von Edison betriebenen und favorisierten Gleichstrom-Energieverteilung und setzte vorrangig auf Wechselstrom als elektrischen Energieträger. 1885 importierte Westinghouse eine Anzahl Gaulard-Gibbs-Transformatoren und einen Siemens-Wechselspannungsgenerator für die elektrische Beleuchtung in Pittsburgh. William Stanley führte im gleichen Jahr als Chefingenieur von Westinghouse in Pittsburgh wesentliche Verbesserungen an Lucien Gaulards und John Gibbs' Gerät durch. Westinghouse installierte 1886 in Great Barrington, Massachusetts, einen Wechselspannungsgenerator, dessen 500 Volt Wechselspannung zur Verteilung auf 3000 Volt hochtransformiert und dann zum Betrieb der elektrischen Beleuchtung an den Anschlussstellen wieder auf 100 Volt heruntertransformiert wurde. Der dann zunehmende Einsatz von Transformatoren führte in Verbindung mit dem Wechselstrom zur weiten Verbreitung von Elektrizität als Energielieferanten, weil nur Hochspannungsleitungen den Energietransport über große Entfernungen ohne allzu große Energieverluste ermöglichen.

Physikalische Grundbedingungen

Hochspannungsleitung Für die Wirkweise eines Transformators sind zwei physikalische Erscheinungen wesentlich:
- Ein von elektrischem Strom durchflossener Stromkreis erzeugt ein Magnetfeld (Elektromagnetismus)
- Wenn sich (von außen bewirkt) der magnetische Fluss durch eine Spule ändert, wird in ihr eine Spannung induziert. Eine an die erste Spule ("Primärspule") im Primärstromkreis angelegte Wechselspannung erzeugt einen veränderlichen Primärstrom und damit ein veränderliches Magnetfeld im Kern, dieses Feld durchsetzt die zweite Spule ("Sekundärspule") in einem zweiten Stromkreis und erzeugt hier durch Induktion wiederum eine Spannung ("Sekundärspannung"). Eine primäre Spannung kann über magnetischen Fluss in eine proportionale sekundäre Spannung transformiert werden. Zum Betrieb eines Transformators ist eine in stetem Wechsel veränderliche Spannung nötig. Meist wird Wechselspannung, vielfach auch getakteter bzw. "zerhackter" Gleichstrom (bei Schaltnetzteilen) verwendet. Die maximale Höhe der induzierten Spannung hängt neben der Eingangspannung von der Windungszahl der Spulen ab, die maximale Höhe des Stromes von der baulichen Konfigurierung (Größe und Leiterquerschnitte) und von Materialeigenschaften vor allem des Eisenkerns (Ferromagnetismus).

Praktische Ausführung

Anordnung als Spulen

Die simple Ausführung eines Transformators aus ausgestreckt nebeneinanderliegenden Leitern beinhaltet, dass ein großer Teil des Magnetfeldes als wirkungsloses Streufeld in der Umgebung entsteht. Dieses Streufeld enthält einen großen Teil der aufgewendeten Leistung, die dann nicht für den eigentlichen Übertragungsvorgang zur Verfügung steht. Daher werden die Leiter in Form von Spulen angelegt. Um den Verlust durch Streufelder möglichst klein zu halten, werden auch die Primärspulen und Sekundärspulen möglichst klein und eng ineinandergeschachtelt. Eine Nebenbedingung ist hierbei, dass die Leiter und auch die Spulen als Ganzes gegeneinander elektrisch isoliert sind, wozu meist lackierte Drähte und die nachfolgende Lack- oder Gießharztränkung im Vakuum angewendet werden. Der Spulenkörper ist ein aus nichtmagnetischem Material, meist aus Kunststoff bestehendes Formteil, welches die Wicklungen aufnimmt, ihnen mechanische Stabilität gibt und nötigenfalls auch voneinander isoliert. Die Spule, die vom Eingangsstrom gespeist wird, wird „Primärspule“ genannt, die Spule, in der die Spannung induziert wird, wird „Sekundärspule“ genannt. Die Höhe der Spannungen an den beiden Spulen entspricht in der Theorie exakt dem Verhältnis ihrer Windungszahlen (in der Praxis ist die Spannung an der Sekundärspule wegen Verlusten kleiner als in der Theorie).
Beispiel: Ein Transformator mit 1000 Windungen auf der Primärwicklung, 100 Windungen auf der Sekundärwicklung und 220 Volt Primärspannung erzeugt in der Sekundärwicklung eine Leerlaufspannung von 22 Volt. Diese Spannungen entstehen im Leerlauf-Betrieb des Transformators. Die tatsächlich nutzbare Betriebs- oder Nennspannung ist jedoch um die internen Verluste des Transformators gemindert.

Lufttransformator bzw. eisenloser Transformator

Die kernlose Ausführung wird „Lufttransformator“ genannt und ist nicht besonders effizient. Sie hat aber den Vorteil, in der Sekundärspule eine Spannung mit exakter Nachbildung der zeitlichen Veränderung des Primärstroms zu liefern, auch wenn der Primärwechselstrom relativ hohe Frequenzen enthält. Diese Erscheinung kommt besonders dann zum Tragen, wenn die Frequenzanteile des Stromes sich über eine große Bandbreite erstrecken. Daher wird für manche Zwecke der Lufttransformator als Übertrager verwendet.

Eisenkerntransformator

Verluste Das von einem stromdurchflossen Leiter in Luft oder im Vakuum erzeugte Magnetfeld hat eine relativ geringe Stärke. Es ist jedoch möglich, die Magnetfeldstärke erheblich zu steigern, indem die Spulen mit einem Kern aus ferromagnetischem Material, z.B. Eisen ausgestattet werden. Der Begriff Eisen steht in der Praxis überwiegend für Eisenlegierungen wie z.B. Silizium-Eisen. Die Steigerung der Magnetfeldstärke beruht darauf, dass im ferromagnetischen Material bei einem von außen angelegten Magnetfeld die ansonsten regellos angeordneten magnetischen Kristallbereiche (Weißsche Bezirke) in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet werden und so die Magnetfeldstärke um ein Vielfaches potenzieren. Für die Energieversorgung und Energieübertragung verwendete Transformatoren haben daher immer einen Eisenkern. Der Eisen-Kern befindet sich nicht nur im Innenraum der Transformatorspulen sondern wird in gleicher Stärke auch in einem geschlossenen Ring außen um die Spulen herumgeführt. Dies dient dazu, das energieaufwendig erzeugte Magnetfeld möglichst eng und verlustfrei an die Spulen zu binden, um eine möglichst hohe Induktionswirkung zu erzeugen. Leistungstransformatoren haben durchweg Kerne, die aus elektrisch isolierten, aufeinandergelegten und fixierten Eisenblechen bestehen, sogenanntem Elektroblechen. Diese aufwendige Konstruktionsweise ist erforderlich, weil unter dem Einfluss des Magnetfeldes im Eisen als leitendem Material genauso wie in der Sekundärspule Spannungen induziert werden, die im Vollmaterial zu ungeordneten Wirbelströmen führen. Diese Wirbelströme wirken mit ihrer Induktion ihrerseits wieder gegen die Primärspannung und erzeugen damit Verluste. Diese werden klein gehalten, indem sie durch die Ausrichtung der isolierten Bleche in eine weitgehend unschädliche Richtung, der dünnen Seite der Bleche gedrängt werden. Eine Beschädigung der Isolierung der einzelnen Blechpakete kann zu einer erheblichen lokalen Erwärmung des Paketes führen. Der Eisenkern führt auch zu "Ummagnetisierungsverlusten", die durch die fortwährende Umpolung der magnetischen Domänen (Weißsche Bezirke) entstehen und auch bei Leerlauf auftreten. Silizium-Eisen-Legierungen mit spezieller Textur haben bei Blechdicken von ca. 0,2-0,3 mm bei 50 Hz Verluste von ca. 0,5 - 1 W/kg je nach der Stärke des Magnetfelds, das durch die Spulen induziert wird. Das Magnetisierungsverhalten des Eisens ist zunächst weitgehend linear, was von besonderer Bedeutung für die betriebstechnische Brauchbarkeit des transformierten Stromes ist. Durch das lineare Verhalten kann nämlich der sinusförmige Wechselstrom, dessen Form für viele Antriebe und Steuerungen die Basisvoraussetzung ist, bei der Transformation weitgehend exakt nachgebildet werden. Eisen hat allerdings auch eine Grenze für diese Linearität, die dann erreicht wird, wenn alle Weißsche Bezirke seiner Struktur einheitlich ausgerichtet sind. In diesem "Sättigungszustand" kann das Eisen keine weitere Verstärkung des Magnetismus bewirken. Bei der Konstruktion des Transformators muss daher der Kern möglichst exakt so bemessen werden, dass das Eisen sich auch bei Überspannung noch im linearen Bereich seiner Hysterese-Kennlinie befindet. Die Hysterese-Kennlinie bildet ab, in welchem Maß die Magnetfeldstärke durch ein von außen wirkendes Erregermagnetfeld gesteigert wird und in welcherm Maß das bei Abnahme des Erregerfeldes wieder zurückgeht. Für Transformatoren für höhere Frequenzen werden für die Kerne statt Eisen auch andere weichmagnetische Werkstoffe wie z.B. Ferrite, amorphe Metallbandkerne oder Pulverkerne verwendet. Ferrit Ferrit Transformatoren mit Ringkernen haben einen besonders hohen Wirkungsgrad, da aufgrund der geschlossenen Ringkernform nur geringe Streufeld-Verluste entstehen und der Eisenweg ein Minimum hat. Auch Ringkerne bestehen aus einzelnen Blechlagen, die durch ein ringförmig aufgewickeltes Band gebildet werden. Ringkerntransformatoren können mit höherer magnetischer Flussdichte und geringeren Hystereseverlusten arbeiten, wenn texturierte Blechbänder verwendet werden. Auch das trägt maßgeblich zur Verringerung der Baugröße bei. Ringkerne werden auch für Transformatoren zur Spannungsregelung verwendet, wobei ein mittig drehbar gelagerter Schleifer jede einzelne Spulenwindung kontaktieren kann (Stelltransformator). An den Windungen der Spule ist für den Schleifer an einer Außenseite die Lack-Isolation der Lackdrähte abgeschliffen.
Trotz ihrer Vorteile kommen Ringkerntransformatoren eher selten zum Einsatz, weil u.a. die Bewicklung eines geschlossenen Ringkerns aufwändiger ist und dies mit steigender Größe des Ringkerns überproportional zunimmt. Ringkerntransformatoren haben aufgrund ihres minimierten Eisenvolumens höhere Einschaltströme als andere Netztransformatoren. Eine Zwischenstellung bildet der Schnittbandkern: ein Blechband wird auf einen Dorn mit rechteckigem Querschnitt aufgewickelt und verklebt. Anschließend wird der Wickel in der Mitte quer zerteilt und die Trennflächen werden poliert. Die Hälften werden dann in die bewickelten Spulenkörper gesteckt und verklebt. Auch für Schnittbandkerne werden texturierte Blechbänder eingesetzt. Schnittbandkerne haben ähnlich gute Eigenschaften wie Ringkerne, jedoch ist die Wicklu

Gleichstrom

Bedeutung

Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom

Siehe auch

Elektrischer Strom

Technische Stromarten: Gleichstrom, Wechselstrom und Drehstrom (Unterart des Wechselstrom)

Gleichstrom

Wechselstrom

Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom

Physikalischer Mechanismus: Entstehung des Stromflusses

Technische Nutzung des elektrischen Stroms

Stromverbrauch Privathaushalte

Stromverbrauch nach Haushaltsgeräten in %

Stromverbrauch pro Nutzungseinheit

Stromstärketabelle

Physikalische Zusammenhänge

Siehe auch

Weblinks

Betrag

Englische Sprache

Verbreitung

Amtssprache

Sonstige Verwendung

Sprachwissenschaftliche Einordnung

Sprachvarianten der englischen Sprache

Ähnliche/Verwandte Wörter

Deutsch und Niederländisch

Dänisch

Französisch

Textsammlungen

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Gleichspannung

Allgemeines

Formeln

Wechselstrom

Bezeichnungen

Übliche Spannungen

Weblinks

Akku

Funktionsweise

Verwendung

Typen

Ladungsmenge und Kapazität

Selbstentladung

Auswahl

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Batterie

Anwendungsgrundlagen

Typen-Variationen

Einsatzbereiche

Primärzellen

Sekundärzellen

Baugrößen

Literatur

Weblinks

Solaranlage

Thermische Solaranlagen

Thermische Solarkraftwerke

Fotovoltaikanlagen

Weblinks

Elektronik

Geschichte

Analogelektronik

Digitalelektronik

Hochfrequenzelektronik

Bauelemente

Weiterführende Angaben

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Batterie

Anwendungsgrundlagen

Typen-Variationen

Einsatzbereiche

Primärzellen

Sekundärzellen