4.6 Grundlagen der Elektrotechnik

4.6.1 Allgemeines
Alle Stoffe, aus denen die Gegenstände unserer Welt bestehen, sind aus unvorstellbar vielen kleinen Bausteinen zusammengesetzt. Man nennt diese Bausteine „Atome“. Stoffe, die aus gleichartigen Atomen aufgebaut sind, heißen Grundstoffe oder Elemente. Es gibt rund 100 verschiedene Grundstoffe. Alle übrigen Grundstoffe kommen fast nur in Form chemischer Verbindungen vor.

Das Atom
Atome bestehen aus Atomkern und Elektronenhülle. Um den Atomkern herum bewegen sich die Elektronen so, wie sich die Planeten um die Sonne bewegen. In unserem Sonnensystem werden die Planeten dadurch in ihrer Bahn gehalten, dass die Fliehkraft, die die Planeten aus ihrer Bahn schleudern könnte, aufgehoben wird durch eine ihr entgegenwirkende gleichgroße Kraft der Massenanziehung, mit der die Sonne die Planeten anzieht.

Abb. 363: Atommodell

Elektrische Ladung im Atom
Im Atom ist auch eine Anziehungskraft zwischen Atomkern und Elektronen vorhanden. Diese Kraft nennt man elektrische Ladung. Weil Elektronen sich gegenseitig abstoßen, Atomkern und Elektronen sich aber anziehen, muss der Atomkern anders geladen sein – das heißt: Er muss eine andere Ladungsart tragen als die Elektronen. Die Ladung des Atomkerns wird positive Ladung und die Ladung des Elektrons ne-gative Ladung genannt.

Abb. 364: Ladungen im Atom

Damit gilt für elektrische Ladungen: Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
• Protonen: positiv
• Neutronen: ungeladen
• Elektronen: negativ

Eine bestimmte Anzahl der Elektronen umkreist den Kern auf verschiedenen Bahnen. Die Elektronen auf der äußeren Bahn werden vom Kern nicht so festgehalten wie die auf den inneren Bahnen. Sie können sich in bestimmten Grenzen frei bewegen. Deshalb nennt man sie freie Elektronen.

Elektrische Spannung und Elektronenstrom
Befindet sich der Generator in Ruhe, so sind die Elektronen in seiner Drahtwicklung gleichmäßig verteilt, und an den beiden Anschlussklammern der Wicklung ist kein elektrischer Zustand feststellbar. Wird der Generator durch eine Antriebsmaschine in Drehung versetzt, so entsteht zwischen den beiden Anschlussklammern ein Ladungsunterschied. In die Generatorwicklung ist ein kleiner Teil von Elektronen zu der einen Generatorklemme hin- und von der anderen Klemme fortbewegt worden. Die Klemme, zu der die Elektronen hinbewegt werden, bekommt Elektronenüberschuss – sie erscheint elektrisch negativ ge-laden und heißt auch Minuspol. Die Klemme, von der die Elektronen fortbewegt werden, hat Elektronenmangel. Sie erscheint elektrisch positiv geladen und heißt Pluspol. Die an der Minusklemme vorhandenen überschüssigen Elektronen sind bestrebt, außerhalb des Generators zur Plusklemme zu gelangen. Dieses Bestreben nennt man elektrische Spannung. Werden die Klemmen des unter Spannung stehenden Generators über eine Glühlampe miteinander verbunden, so können die an der Minusklemme vorhandenen überschüssigen Elektronen durch die Kupferleitung und den dünnen Metallfaden der Lampe hindurch zur positiven Klemme strömen. Dabei bringen sie den Metallfaden der Lampe zum Glühen. Grundsätzlich wollen Elektronen vom Minus- zum Pluspol. Das nennt man elektrische Spannung.