Gleichstrom und Wechselstrom
Inhalt
Gleichstrom
Erzeugung von Gleichstrom
Es gibt zwei verschiedene Stromarten. In einer Taschenlampe fließt Gleichstrom. In den meisten Elektrogeräten, die an eine Steckdose angeschlossen werden, fließt Wechselstrom.
Erzeugung von Gleichstrom
Bandgenerator
Aufladung durch Reibung. Stellt man eine Verbindung zur Erde her, fließt für sehr kurze Zeit Gleichstrom
Batterie
Die Ladungstrennung erfolgt chemisch. Verbindet man die beiden Pole, fließt Gleichstrom.
Die meisten Haushaltsgeräte werden mit 230 V Wechselspannung betrieben. Im Inneren vieler Geräte gibt es Bauteile, die die Spannung ändern können (Transformatoren) und aus Wechselstrom Gleichstrom machen (Gleichrichter). Ein Ladegerät für ein Mobiltelefon macht beides.
Solarzellen erzeugen Gleichstrom
Für die Elektrogeräte im Haushalt und um den Strom in das Stromnetz einzuspeisen, muss er mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden.
Nachteile von Gleichstrom
Elektrogeräte benötigen unterschiedliche Spannungen. Bei Gleichstrom ist es schwierig, die Spannung zu ändern.
Wechselstrom
Erzeugung von Wechselspannung
Fahrraddynamo
Generator in einem Kraftwerk
Im Dynamo eines Fahrrades und im Generator wird keine gleichbleibende Spannung erzeugt. Sie ändert sich ständig.
Dadurch ändern sich auch Stromstärke und Stromrichtung laufend.
Das heißt, die Elektronen wandern nicht gleichmäßig in eine Richtung, sondern schwingen nur um ihren Platz. Dieses Hin- und Herschwingen erfolgt im europäischen Stromnetz 50 Mal in der Sekunde (50 Hertz).
Der Stromkrieg
Eine der wichtigsten Erfindungen von Thomas Alva Edison war die Kohlenfaden-Glühlampe. Zum Betrieb dieser Glühlampen wurden Gleichstrom-Kraftwerke gebaut, der Strom konnte allerdings nur ein paar hundert Meter weit geleitet werden. Dadurch waren viele Kraftwerke notwendig.
George Westinghouse wollte die Reichweite des Stromes vergrößern. Dafür entwickelte er zusammen mit Nikola Tesla Wechselstromkraftwerke. Edison machte Stimmung gegen den Wechselstrom, indem er zeigte, dass Wechselstrom Tiere töten konnte.
Für die Weltausstellung in Chicago 1893 gewann Westinghouse die Ausschreibung für die Stromversorgung. Edison untersagte jedoch die Verwendung der von ihm erfundenen Glühlampe, so dass Westinghouse und Tesla eine neuartige Beleuchtung entwickeln mussten. Es gelang ihnen und sie tauchten Chicago in ein Lichtermeer. Danach bauten sie ein Kraftwerk an den Niagarafällen. Der Wechselstrom aus den Generatoren wurde auf 22 000 V hinaufgesetzt und über viele Kilometer transportiert. Damit hatte die Wechselstromtechnik endgültig gesiegt.
Lies die Geschichte vom Stromkrieg.
Formuliere Fragen und stelle sie deinen Mitschülerinnen und Mitschülern.
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Vorteil von Wechselstrom
Die Spannung kann leicht von hohen zu niederen Spannungen umgewandelt werden. Dieses Umwandeln geschieht durch Transformatoren.
Training
Bilde aus den Silben die fehlenden Wörter.
Dy – Elek – - for – Gleich – lar – len – ma – mo – na – nen – sel – So – strom – strom – tor – Trans – tro – Wech – zel
Stelle eine Vermutung auf, warum Solarzellen keinen Wechselstrom erzeugen können.
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Richtig oder falsch?
Markiere das Zutreffende.
| richtig | falsch | |
|---|---|---|
| Man erkennt am Licht einer Glühlampe, ob sie mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben wird. (S / A) | ||
| Ein Fahrraddynamo funktioniert im Prinzip gleich wie ein Generator in einem Kraftwerk. (Y / A) | ||
| In einem Ladekabel eines Mobiltelefons wird aus Gleich- ein Wechselstrom. (P / O) | ||
| Es ist egal, ob ich eine Autobatterie zum Laden an einen Gleich- oder einen Wechselstrom anschließe. (B / D) | ||
| In einem Transformator wird die Frequenz des Stroms nicht geändert. (M / L) | ||
| Eine Autobatterie ist deshalb so schwer, weil das Ausrinnen der gefährlichen Schwefelsäure durch eine Bleiummantelung verhindert werden muss. (T / N) |
Die Buchstaben der richtigen Antworten ergeben in der richtigen Reihenfolge das Lösungswort:
Suche in deiner Umgebung nach Elektrogeräten und teile die Elektrogeräte in zwei Gruppen ein.
Geräte, die mit Gleichstrom betrieben werden:
Geräte, die mit Wechselstrom betrieben werden:
Der Zitteraal
Der Zitteraal erzeugt in einigen Tausend Muskelzellen jeweils eine kleine Spannung. Die Zellen sind jedoch in Serie geschaltet, sodass insgesamt bis zu 600 V entstehen. Am Schwanzende liegt der negative Pol, am Kopf der positive. Ein Stromstoß des Zitteraals dauert nur wenige Millisekunden. Durch Stromstöße findet und tötet er seine Beute, das sind kleine Fische.
Berechne, wie hoch beim Zitteraal die Spannung einer Muskelzelle ist, wenn 6 000 Zellen 600 V erzeugen.
Erkundige dich, mit welchen Spannungen die Energie im Stromnetz transportiert wird.
Recherchiere im Internet!
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Informiere dich über Nikola Tesla.
Recherchiere im Internet!
Schreibe die wichtigsten Daten auf und stelle sie deinen Mitschülerinnen und Mitschülern vor.
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Nicola Tesla möchte sich um eine Anstellung bewerben.
Schreibe ein Bewerbungsschreiben für Nicola Tesla.
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Bahnstrom
In Österreich fährt die Bahn mit Wechselstrom, der eine Frequenz von 16,7 Hz aufweist. Bei dieser Frequenz konnte man früher die Drehzahl des Elektromotors leichter regeln.
Da die Frequenz der Spannung im öffentlichen Stromnetz 50 Hz beträgt, müssen die Betreiber der Bahn entweder eigene Kraftwerke oder sogenannte Umformeranlagen haben.
Informiere dich über Kraftwerke, die eigens für den Bahnverkehr arbeiten.
Recherchiere im Internet!
Erstelle eine Liste dieser Kraftwerke:
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Zeichne in einer Österreichkarte ein, wo sich diese Kraftwerke befinden. Lade ein Bild deiner Karte hier hoch,
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Baue eine Schaltung mit zwei LEDs an Gleichspannung.
Es soll immer eine LED leuchten, gleichgültig wie das Vorzeichen der angelegten Spannung ist.
Gib an, was sich ändert, wenn du die Schaltung mit Wechselspannung (maximal 5 V) betreibst.
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Merke
Bestimmte Elektrogeräte werden mit Wechselstrom betrieben, andere benötigen Gleichstrom. Der Strom aus einer Batterie ist Gleichstrom.
Die Steckdose liefert Wechselspannung von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz.
