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Diese Projektarbeit enthält: - Das Prinzip der Elektrostatik - Elektrische positive und negative Ladungen - Große und kleine elektrische Entladungen - Leiter und Nichtleiter 31387lpt49rpj3d - Die Herstellung des Elektrischen Stromes - Gleichstrom und alternatives Strom - Spannung, Stromstärke und Wiederstand - Die Verwandlung des elektrischen Stromes pp387l1349rppj - Die Herstellung der Elektrizität in Kraftwerken - Der Transport des elektrischen Stromes - Anpassung der Produktion an den Verbrauch 2 Aus allen Energieformen, die leicht benutzbarste ist die elektrische Energie. Wir können sie herstellen, sie transportieren und sie in andere Energieformen umwandeln. Aber die Elektrizität bleibt vor allem ein natürliches Phänomen. Elektrische Energie: Elektrische Energie, wie jedwelche andere Energie, ergibt sich durch die Ausführung einer Sache, in diesem Fall vom Elektrischen Strom. Was ist dann, das Elektrische Strom? Ein Fluss von Partikeln, die sich in ein Leiter bewegen, wie zum Beispiel ein metallischer Faden. Diese Partikeln sind Leiter von einer Elektrischen Ladung. Das Studium der Elektrizität beginnt also durch der der Elektrischen Ladungen. Dieser Zweig der Physik heist ,,Elektrostatik’’. Das Prinzip der Elektrostatik: Schon seit dem Altertum haben die Griechen bemerkt, dass ein Stück gelbes Bernstein, ein Fossilharz, vorausgehend gerieben, konnte sehr leichte Objekte anziehen, wie Holzsplitter, Flaumfeder... Der griechische Name für Bernstein, Elektron, findet man bis Heute in dem Wort, dass die ungewöhnliche Eigenschaft nominiert, welche einige Körper haben, andere Körper, nachdem sie gerieben wurden, anzuziehen: elektrisiern. Die Elektrostatik ist der Zweig der Physik, welches sich mit der Erklärung dieses Phänomens beschäftigt. Alle Körper sind aus sehr kleine Partikeln non Materie gebildet, Atome (Abb. 1) genannt. Diese sind aus Atomkerne, Träger von elektrischen positiven Ladungen, gebildet und einer Hülle von noch kleineren Partikeln, Elektronen, Träger von elektrischen negativen Ladungen. In jedwelchen Atom gibt es ein Gleichgewicht zwischen den positiven und negativen Ladungen: deswegen wird das Atom, aus elektrischen Ansicht, als neutral betrachtet. Ein Atom kann von einen anderen Atom Elektronen annehmen oder sie abgeben. Die Atome, die Elektronen annehmen, laden sich mit negativer Elektrizität. Die Atome, welche Elekronen abgeben, bleiben mit einem Überschuss von positiven Elektrizität geladen. Dieses Phänomen findet in der Elektrisierung durch Reibung statt. Elektrische positive und negative Ladungen: Elektrisch geladen, zieht der Bernstein andere Körper an. Das selbe Phänomen findet auch, wenn ein Plastickkamm die Haare anzieht oder, wenn das Bildschirm des Fernsehers ein Stück Blatt anzieht, statt. Wie kann das erklärbar sein? Die elektrischen negativen 3 Ladungen ziehen die positiven Ladungen und stossen andere negativen Ladungen ab. Ebenfals, die positiven Ladungen ziehen die negativen Ladungen an und stossen die positiven Ladungen ab. Anders gesagt, zwei Körper mit der selben elektrischen Ladungen stossen sich ab; zwei Körper mit entgegengesetzten Ladungen ziehen sich an. Das ist das fundamentale Gesetz der Elektrostatik. Grosse und kleine elektrische Entladungen: Um die elektrischen negativen Ladungen von den positiven Ladungen zu trennen muss man einebestimmte Menge von Energie liefern. Aber nur dann, wenn sich die entgegengesetzten Ladungen vereinen, wird diese Energie freigelassen: dieses Phänomen heißt elektrische Entladung (Abb. 2) und es offenbart sich meistens durch einen Funken, eine kurze Erscheinung von Licht, Lärm und Wärme. Solche elektrische Entladungen können auch experimentäl im Laboratorium erzeugt werden, aber sie finden auch in der Natur statt. Wenn wir ein Kleid aus Kunststoff anziehen, können wir eine kleine elektrische Entladung fühlen. Im Dunkeln ist es möglich ein kleines Funken zu bemerken. Wie können wir dieses Phänomen erklären? Die Reibung des Kunststoffes elektrisiert das Kleid, in dem es die positiven Ladungen von den negativen Ladungen trennt. Sobald das Kleid im Kontakt mit der Haut tretet, treffen sich die entgegengesetzten elektrischen Ladungen: in Konsequenz, findet eine elektrische Entladung. Der Blitz ist eine elektrische Entladung von unglaublichen Maßen, welches zwischen dem Himmel und der Erde stattfindet. Für den Schutz eines Gebäudes von einem Blitz, montiert man auf dessen Dach ein Blitzableiter, ein hohes, spitzes Eisenstiel, mit der Erde, durch einen Eisenkabel, dass von dem Gebäude getrennt ist. Der Funken ist von dem Blitzableiter gefassen und zu der Erde geleitet. Leiter und Nichtleiter: Alle Körper können elektrisiert werden durch Reibung, aber die erzeugten elektrischen Ladungen verhandeln sich verschieden, hängend von der Natur des betreffenden Körpers ab: Leiter oder Nichtleiter. In Nichteiter, Körper aus Plastik oder Holz, bleiben die elektrischen Ladungen in der Seite unterworfen der Reibung und verbreiten sich nicht auf die ganze Oberfläche des Körpers. In Leiter, spezielle Metalle, sind die elektrischen Ladungen beweglich; sie verbreiten sich auf die ganze Oberfläche des Körpers.
4 Elektrischer Strom: Dann, wenn elektrische Ladungen in Bewegung gesetzt werden, bildet sich ein elektrischer Strom. Der Blitzableiter von einem Blitz berührt, wird von einem elektrischen Strom von sehr großen Intensität überquert. Weil es plötzlich erscheint, kann es nicht benutzt werden. Für die Erhaltung und die Kontrolierung eines elektrischen Stromes, muss man es erst, durch ein Generator, erzeugen, in ein Sromkreis eingeführt und am Ende von einem Empfänger verbraucht. Die Herstellung des Elektrischen Stromes: Ein Generator erzeugt elektrische Energie durch die Umwandlung einer anderen Energieform (chemisch, zum Beispiel). Die Baterie ist ein solches Beispiel. Die einfache Baterie ist aus zwei verschiedene Metalltypen gebildet, wie Kupfer und Zink, in ein leitender Mittel gesunken (Salzwasser). Dann, wenn wir die zwei Metalle durch einen äußeren Stromkreis, gebildet von einem leitenden Faden, vereinen, findet in der Baterie eine complexe electrochemische Kettenreaktion. Sie verursachen eine Verschiebung der Elektronen (anders gesagt elektrische Ladungen), welche sich durch den Stromkreis übertragen: der Strom begint zu fließen. Die zwei Metallen bilden die Elektroden der Baterie, ,,Klemmen’’ des Stromkreises genannt. Angefangen von der ersten Baterie im Jahre 1800, und bis zu der trockenen Baterie, sehr verbreitet heute, gib es zahlreiche Baterietypen, gebildet aus Metallen und sehr verschiedenen leitenden Mitteln. Aber alle funktionieren mit dem selben Prinzip. Gleichstrom und alternatives Strom: Durch Konvention wurde festgestellt, dass ein elektrischer Strom vom (+) zu (-) fließt. In einer Baterie, einer der Elektroden, ,,Anode’’ genannt, ist immer positiv (+), und der andere, ,,Kathode’’ genannt, ist immer negativ(-). Der Strom ist immer in dem selben Sinn geleitet: die Baterie ist ein Generator von Gleichstrom (Abb.3). Es gibt noch ein anderes Generatortyp, in welches die Elektoden je positiv je negativ sind. Jedes mal, wenn die Elektroden ihre Ladung tauschen, tauscht sich das erzeugte Strom den Richtungssinn: dieses Typ von elektrischen Strom heißt alternatives Strom(Abb.4). Diese Generatoren, die alternatives Strom erzeugen, auch Alternatoren genannt, funktionieren auf die Grundlage eines Prizips, das der elektro-magnetischen Induktion. 5 Spannung, Stromstärke und Widerstand: Ein einfacher Stromkreis besteht aus ein Generator und unter ihnen, durch eine Locke von einem leitender Mittel, gebundene Empfänger. Er kann in Reihe oder paralell montiert werden. Was die elektrischen Ladungen in Bewegung tretet, ist die Spannung (oder Differenz von Potential), also Differenz des elektrischen Zustandes zwischen zwei Punkte des Stromkreises.Es wird durch Volt (V) ausgedrückt. Der Generator ist die Quelle des elektrischen Stromes, welches sich von der positiven Klemme zu der negativen Klemme bewegt. Die Stromstärke hängt von der Anzahl der Ladungen, die den Stromkreis überqueren, ab. Es wird in Ampere (A) gemessen. Der Fluss der Ladungen durch einen Stromkreis trift einen bestimmten Widerstand, welches von der Temperatur der Umwelt und das Material des benützten Leiters, abhängt. Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen. Die Spannung,Stromstärke und der Widerstand sind die drei Charakteristiken eins Stromkreises, gleichgültig des Types dessen Montierung (in Reiche oder paralell). Die Umwandlung des elektrischen Stromes: In ein Stromkreis, der Empfänger ist das Element, das bekommt, und wandelt das elektrische Strom. Das kann ein elektrisches Heizkörper sein, ein Toaster, eine Glühbirne... Dann, wenn ein elektrischer Strom ein Verbraucher mit großem Widerstand durchquert, dieses erhitzt sich. Bei einem Heizkörper oder einem Toast, wird die Wärme für die Erwärmung verwendet. In diesem Fall wird die elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt. Das selbe Phänomen findet auch bei einer Glühbirne statt. Der Glühfaden einer Glühbirne wird zu einer sehr großen Temperatur gehitzt. Zum glühend gebracht und von dem Glaskörper, mit einen bestimmten Gas oder leer, geschützt, wird er Licht erzeugen. In diesem Fall wird die elektrische Energie in Lichtstrahlen umgewandelt. Der Weg von dem Kraftwerk ins Haus: Können wir unser Leben ohne Elektrizität vorstellen? Die Beleuchtung würde durch eine Öllampe ermöglicht. Es würden keine Fernsehern und auch keine elektrische Geräte sein... Leicht benützbar, die Elektrizität gehört zu unserem täglichen Leben und der Bedarf, der elektrischen Energie, der Verbraucher ist ungeheuer. Es ist also notwendig die Herstellung der Elektrizität in ungeheueren Mengen und dessen Transport zu den Verbrauchern. Dafür haben sich die industrialisierten Länder ein sehr entwickeltes Netz hergestellt, gut organisiert und benützbar in der Produktion und in den Transport der elektrischen Energie. Die Herstellung der Elektrizität in den Kraftwerken: Die Mehrheit der elektrischen Energie wird in speziellen Anlagen, Kraftwerken genannt, hergestellt. Es gibt drei wichtige Typen von diesen Anlagen: Wasserkraftwerke, Wärmekraftwerke und Kernkraftwerke. Alle funktionieren auf den selben Prinzip: Umwandlung einer anderen Form von Energie in elektrische Energie. Die Krafwerken sind also sehr große Anlagen für die Umwandlung der Energie. Die Wasserkraftwerke wandeln die mechanische Energie der fließenden Gewässer in elektrische Energie um. Das Wasser 6 wird unter Druck bis zu dem Kraftwerk gebracht, wo es für die Drehung einiger Turbinen benützt wird. Diese werden, dann, die Alternatoren der Instalation, kräftige Generatoren, welche auf den Prinzip des Elektromagnetismus funktionieren, trainieren, und welche elektrische Energie herstellen werden. Wasserkraftwerke wandeln Wärmeenergie, erzeugt durch die Verbrennung der Kohle, der Erdegase und andere Brennstoffe, um. Diese Brennstoffe werden in Öffen, durch denen Wasser fließen, verbrannt. Die erzeugte Energie wird, unter sehr hohen Druck, das Wasser in Dampf umwandeln. Diese drehen die Turbinen, welche, dann, die Alternatoren der Installation trainieren. Die Kernkraftwerke fördern sich die Energie von den Nuklearreaktionen, die Wärme erzeugen. Die wichtigste Seite dieser Kraftwerken sind die Kernreaktoren. Die intensive Wärme, die durch die Spaltung der instabilen Atome erzeugt wird, wie der des Urans, wandeln das Wasser in Dampf um. Wie im Fall der Wärmekraftwerken, drehen diese Dämpfe die Turbinen und die Alternatoren. In Frankreich, fast 18% der verbrauchten elektrischen Energie wird in Wasserkraftwerken erzeugt, 7% von den Wärmekraftwerken und 75 % von den Kernkraftwerken. Der Transport der elektrischen Energie: Die Kraftwerken, wo die Elektrizität erzeugt wird, werden meistens sehr weit von den Verbrauchern gebaut. Darum muss die elektrische Energie zu diesen transportiert werden. Durch den Transport der elektrischen Energie auf lange Wege, werden aber Verluste erzeugt. Für die Vermeidung dieser Verlüste wird die Spannung des Stromes, bei den Ausgang aus dem Kraftwerk, sehr hoch sein. Um so größer ist die Spannung des Stomes, um so größer ist die Menge des elektrischen Stromes, das transportierbar ist. Am Ausgang des Kraftwerkes baut man also ein Transformator(Abb. 5), dass die Spannung erhöht. Die elektrische Energie wird dann durch Linien von sehr hohen Spannung (Abb. 6) transportiert, nämlich Netzwerke von, auf sehr großen metallischen Pfeiler montiert, elektrischen Kabeln. Dann, in der Nähe der Städte und der industriellen Umgebungen, gibt es Transformatoren, die die Spannung des elektrischen Stromes, zu erst zu mittleren und nachher zu kleineren Spannungen, sinken. Diese Spannungen sind leichter zu benützen. Kleine und mittlere Unternehmen, Schulen, Krankenhäuser...sind mit elektrischen Energie von mittlerer Spannung versorgt. Die individuellen Wohnungen benützen elektrische Energie von kleineren Spannung. Der Wert dieser Spannung variiert von einem Land zu einem anderen. In Rumänien, werden die industriellen Installationen mit 380 V besorgt, wo die Wohnungen elektrischen Strom mit einer Spannung von 220 V benützen. 7 Anpassung dr Produktion an dem Verbrauch: Die elektrische Energie kann nicht gelagert werden. Die Produktion der Energie muss also in jeden Moment an dem Niveau des Verbrauches angepasst werden. Wenn des Verlangen klein ist(in der Nacht und im Sommer), arbeiten dei Kraftwerken an einer kleineren Kapazität; wenn das Verlangen groß ist(am Tag und im Winter), arbeiten die Kraftwerken mit voller Kapazität. In Frankreich, ist diese Koordinierung zwischen Produktion und Verbrauch von ein nationeles Zentrum der Normung und von regionalen Zentren versorgt. Meiner Meinung nach, könnten wir ohne Elektrizität nicht leben. Alles hängt ab davon, denn fast nichts funktioniert ohne Elektrizität, nicht mal unser Körper, unser Lebenslauf. Quellenangabe: Enzyklopedie ,,RAO’’; Enzyklopedie für Jugendliche; ,,Energie und Materie’’.
