Obwohl wir sie jeden Tag nutzen, ist die Elektrizität eher ein Mysterium. Dabei ist es gar nicht so kompliziert. Wie genau funktionieren zum Beispiel ein Widerstand oder ein Kondensator?

Die Grundlagen der Elektrizität

Spricht man von Elektrizität, taucht regelmäßig der Begriff „Strom“ auf. Dieser Begriff verrät schon sehr viel. Elektrizität ist etwas, das strömt. Damit etwas fließen kann, benötigt es eine Leitung. Wir können hier einen Vergleich zu unserem Körper ziehen: Unser Blut fließt durch den Körper, dazu sind Adern notwendig, durch die es hindurchlaufen kann. Hingegen sind beispielsweise bei Lampen die elektrischen Leitungen das Pendant zu Blutadern. Wenn Sie also das Stromkabel einer Stehlampe in die Steckdose einführen, bauen Sie dem Strom ein „Flussbett“, durch das er fließen kann. Nun muss nur noch sichergestellt werden, dass er auch dort ankommt.

Elektrische Leiter und Isolierungen

Strom kann nicht durch jedes Material transportiert werden. In diesem Zusammenhang spricht man von der „Leitfähigkeit“. Je geeigneter ein Material ist, desto höher ist seine Leitfähigkeit. Kupfer besitzt beispielsweise eine sehr gute Leitfähigkeit. Aus diesem Grund finden wir es auch in zahlreichen elektrischen Leitungen. Um sicherzustellen, dass der Strom das gewünschte Ziel erreicht, muss die Leitung abgedichtet werden. Zu diesem Zweck werden Stromleitungen mit Materialien umhüllt, die keine Leitfähigkeit besitzen. Das Resultat: Der Strom bleibt in der Leitung. Der Fachbegriff dafür ist Isolierung. Dadurch ist es auch möglich, Stromkabel anzufassen, ohne in Gefahr zu geraten. Eine beschädigte Isolierung würde dazu führen, dass der Strom entweichen kann, sobald das Kabel mit etwas in Berührung gerät, das „leitfähig“ ist. Aus diesem Grund ist es auch sehr gefährlich, beschädigte Leitungen mit Wasser in Kontakt kommen zu lassen. Der Strom würde über das Wasser abfließen und alles erreichen, was damit in Kontakt steht. Beschädigte Stromleitungen sind eine Gefahrenquelle – wenn wir sie anfassen, bekommen wir eventuell einen Stromschlag. Der Grund: Auch unser Körper verfügt über eine hohe Leitfähigkeit.

Warum es zwei Leitungen im Kabel gibt

Stellen Sie sich vor, in Ihrem Körper würde das Blut zwar zu den Organen gelangen, aber danach nicht mehr zurückfließen. Damit dies nicht geschieht, gibt es zwei Leitungen im Körper: Arterien und Venen. In der Elektrizität verhält es sich ähnlich, weshalb auch Stromkabel zwei Leitungen haben. Um zu verhindern, dass der Strom zwischen den beiden Leitungen wechselt, müssen beide gut isoliert sein. Man spricht hier der Einfachheit halber davon, dass der Strom „von Plus nach Minus“ fließt.

Nicht jede Leitung ist für alle Zwecke geeignet

Manche Geräte benötigen mehr Strom als andere. Aus diesem Grund gibt es auch unterschiedlich starke Leitungen. Muss eine Leitung mehr Strom transportieren, als sie aushält, führt dies zu einer Überhitzung. Als Resultat schmilzt die Isolierung und es kann zu Bränden kommen. Ein anschauliches Beispiel sind Blitzeinschläge. Um zu verhindern, dass in solchen Fällen Schäden entstehen, kommen Sicherungen zum Einsatz. Diese unterbrechen im Notfall den Stromkreislauf, um weitere Schäden zu verhindern.

Die Leistung messen – Volt und Ampere

Die Leistung des Stroms wird in Volt angegeben. Man kann dies deutlich an den elektrischen Geräten beobachten: Ein kleines Radio wird vielleicht nur 12 Volt benötigen. Große Geräte benötigen durchaus bis zu 220 Volt. Zur Leistung (oder Spannung) kommt noch die Stromstärke hinzu, die in Ampere gemessen wird. Die Volt-Stärke alleine sagt nichts darüber aus, wie viel Strom tatsächlich vorhanden ist. Gegebenenfalls sind 12 Volt tödlich, sofern genügend Ampere vorhanden sind!

Unumgänglich – der elektrische Widerstand

Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein Glas Wasser vor sich und daneben würden sich zwei unterschiedlich dicke Strohhalme befinden. Wenn Sie nun versuchen, aus dem Glas zu trinken, werden Sie mit dem dickeren Strohhalm mehr erwischen als mit der dünneren Variante. In der Elektrotechnik würde man sagen, dass der dünnere Strohhalm einen größeren Widerstand hat. Auf Leitungen übertragen bedeutet dies: Ein dicker Kupferdraht lässt mehr Strom hindurch als ein dünner Draht. Je höher also der Widerstand, desto weniger Strom fließt durch die Leitung. Nun kann man dieses Prinzip klug verwenden: Angenommen, Sie möchten die Lichtstärke ihrer Lampe regeln. Alles, was Sie dazu benötigen, ist ein regelbarer Widerstand. Wenn Sie nun den Widerstand erhöhen, fließt weniger Strom und die Lampe gibt weniger Licht ab. Wenn Sie den Widerstand wieder absenken, kann mehr Strom fließen und es wird heller im Zimmer. Dies ist das Prinzip hinter Dimmern. Auch Lautstärkeregler stellen im Prinzip regelbare Widerstände dar. Man kann an ihnen drehen und dadurch den Widerstand regeln.

Was passiert beim Kurzschluss?

Im Normalfall fließt der Strom auf seinem Weg von Plus nach Minus durch ein elektrisches Gerät. Dabei geht er stets den „Weg des geringsten Widerstandes“. Tritt nun ein Defekt auf, der ihm eine Abkürzung ermöglicht, wird er diese nutzen. In diesem Fall kehrt er sozusagen „unverbraucht und in voller Stärke“ zurück. Das Resultat ist eine Überhitzung. Tatsächlich entstehen viele Hausbrände durch Kurzschlüsse. Auch hier gilt, dass funktionierende Isolierungen von größter Wichtigkeit sind. Im Gegensatz zu Wasser kann elektrischer Strom sich nicht frei ausbreiten, sondern benötigt ein leitfähiges Material. Eine funktionierende Isolierung wirkt hier wie eine Mauer, die ihn von allem freihält, was als elektrischer Leiter dienen kann.

Kondensatoren und Akkus

Kondensatoren sind Stromspeicher. Sie fungieren wie ein Gefäß, in das Elektrizität fließt und vorübergehend aufbewahrt wird. Gleiches gilt für Akkumulatoren (Akkus). Durch die Möglichkeit, Strom in Behältnissen zu speichern, können wir elektrische Geräte auch ohne Anschluss an eine Stromleitung verwenden. Hierunter fallen alle Geräte, die über Batterien mit Strom versorgt werden. Genau genommen ist eine Batterie oder ein Akku nichts anderes als ein Behälter, der mit Strom befüllt wird.

Generatoren und Frequenzen

Ein Generator ist ein Stromerzeuger. Das bekannteste Beispiel dürften Fahrrad-Dynamos sein. Diese erzeugen während des Fahrvorgangs Elektrizität, die wiederum in die Fahrradbeleuchtung fließt. Der Begriff Frequenz gibt an, wie schnell der Strom fließt. Beim Haushaltsstrom haben wir es normalerweise mit 50 Hertz zu tun. Höhere Frequenzen kommen unter anderem bei Radioübertragungen oder WLAN-Systemen zum Einsatz.

Was macht ein Trafo?

Ein Trafo („Transformator“) wandelt Stromleistungen um. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den 230 Volt starken Strom aus der Steckdose auf 12 Volt zu reduzieren, um Kleingeräte zu betreiben, ohne dass diese verschmoren oder Feuer fangen.

Fazit

Elektrotechnik ist ein ebenso faszinierendes wie umfangreiches Gebiet. Wir treffen sie überall im Alltag an und profitieren von ihr. Die Tatsache, dass sie komplett auf logischen Überlegungen beruht, sollte jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass Fehler schnell zu schweren Schäden an der Gesundheit oder sogar zum Tod führen können. Von daher ist eine kritische Selbstüberprüfung unumgänglich, bevor man sich daran macht, selbst an elektrischen Leitungen oder Vorrichtungen zu hantieren.