Technik verstehen – Praxis entdecken | Regenerative Energien
1. Sonne, Solarmodul und Ventilator
Du stellst einen kleinen Ventilator neben ein Solarmodul. Wenn ausreichend Sonnenlicht auf das Modul fällt und der Stromkreis passend aufgebaut ist, beginnt sich der Ventilator zu drehen.
Doch was passiert zwischen dem Solarmodul und dem Motor? Was fließt durch die Leitungen, wenn der Ventilator läuft?
Die Antwort lautet: elektrischer Strom. Um zu verstehen, was das bedeutet, lohnt sich ein Blick auf die kleinsten Bausteine der Materie.
2. Was ist elektrischer Strom?
Alle Stoffe bestehen aus Atomen. In ihren Atomkernen befinden sich unter anderem positiv geladene Protonen. Die negativ geladenen Elektronen befinden sich in der Elektronenhülle.
In metallischen Leitungen, beispielsweise aus Kupfer, können sich bestimmte Elektronen bewegen. Wenn sie sich im Mittel gerichtet durch den Leiter bewegen, transportieren sie elektrische Ladung.
Elektrischer Strom ist der gerichtete Transport elektrischer Ladung.
In den Kupferleitungen übernehmen Elektronen diesen Transport. Protonen bleiben dagegen an die Atomkerne gebunden.
Die einzelnen Elektronen bewegen sich vergleichsweise langsam durch das Metall. Die elektrische Wirkung breitet sich entlang der Leitung dagegen sehr schnell aus. Die Elektronen müssen also nicht erst den gesamten Weg vom Solarmodul bis zum Ventilator zurücklegen, damit dieser reagieren kann.
3. Was bedeutet Stromstärke?
Stell dir vor, du könntest zählen, wie viel elektrische Ladung innerhalb einer Sekunde durch einen bestimmten Querschnitt der Leitung transportiert wird.
Genau das beschreibt die Stromstärke: Sie gibt an, wie viel elektrische Ladung pro Zeit transportiert wird.
Ihr Formelzeichen ist I, ihre Einheit Ampere (A).
Die Formel lautet:
Dabei steht:
- (I) für die Stromstärke in Ampere,
- (Q) für die transportierte elektrische Ladung in Coulomb,
- (t) für die Zeit in Sekunden.
Eine Stromstärke von einem Ampere entspricht einem Ladungstransport von einem Coulomb pro Sekunde.
Wenn innerhalb derselben Zeit mehr elektrische Ladung transportiert wird, ist die Stromstärke größer.
Die Stromstärke beschreibt also nicht die Geschwindigkeit einzelner Elektronen, sondern die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeit durch einen Leiterquerschnitt transportiert wird.
4. Warum ist die Stromstärke bei erneuerbaren Energien wichtig?
Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Der erzeugte Strom kann beispielsweise Geräte versorgen, Akkus laden oder in ein Stromnetz eingespeist werden.
Die Stromstärke ist eine wichtige Größe bei der Planung und beim Betrieb solcher Anlagen. Sie spielt unter anderem bei der Auswahl von Leitungen, Ladereglern und elektrischen Komponenten eine Rolle.
Wer sich mit regenerativen Energien beschäftigt, begegnet der Stromstärke deshalb immer wieder: bei der Erzeugung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie.
5. Selbstkontrolle
Ein Solarmodul versorgt einen kleinen Ventilator. Innerhalb einer Sekunde wird durch einen Leiterquerschnitt mehr elektrische Ladung transportiert als zuvor.
Was bedeutet das für die Stromstärke? Mit welchem Formelzeichen wird sie angegeben?
Lösung:
Die Stromstärke wird größer, weil innerhalb derselben Zeit mehr elektrische Ladung transportiert wird. Das Formelzeichen lautet (I), die Einheit Ampere (A).6. Das Wichtigste auf einen Blick
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Elektrischer Strom ist der gerichtete Transport elektrischer Ladung.
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In metallischen Leitungen übernehmen Elektronen den Ladungstransport.
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Die Stromstärke beschreibt, wie viel elektrische Ladung pro Zeit transportiert wird.
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Das Formelzeichen der Stromstärke ist (I), die Einheit ist Ampere (A).
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Die Formel lautet I = Q/t.