Physik compact, Basiswissen 6, Schulbuch

Stromkreis 12 86  Elektrizitätslehre    RG 6.4 und G 6.4  Ziele dieses Kapitels 3 3 Ohne den elektrischen Strom ist unsere heutige Zivilisation nicht denkbar. In diesem Kapitel lernst du einige Grundlagen der Elektrizitätslehre ken­ nen. Zentrale Elemente dieses Kapitels 3 3 elektrische Ladung und Stromstärke 3 3 Spannung, Spannungsquellen 3 3 Ohm’scher Widerstand, Ohm’sches Gesetz 3 3 Kirschhoff’sche Regeln 3 3 Stromarbeit und Leistung Stromkreis 12 vs3b52 Geschichtliche Entwicklung Die Erforschung der Elektrizität revolutionierte die menschliche Zivilisation ähnlich wie die Entwicklung wärmetechnischer Maschinen im 18. Jahrhundert: Die Erkenntnisse der Gesetzmäßigkeiten von Wärme und Energie waren Grundlage der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert. Während jedoch so praktische Dinge wie Feuer und Dampf schon lange in der Menschheitsgeschichte verwendet wurden, spielten elektrische Erscheinungen höchstens als Kuriositäten eine untergeordnete Rolle. Erst nach der Erforschung der Gesetze der Elektrizitätslehre im 19. Jahrhundert wurde der Bau von elektrotechnischen und elektro­ nischen Geräten, vorwiegend im 20. Jahrhundert, möglich. Elektrisches Feld Innerhalb der Physik führte die Untersuchung der elektrischen Erscheinungen im 19. Jahrhundert zur Vereinheitlichung der magnetischen und elektrischen Kräfte. Eine zentrale Rolle spielte dabei der von Mi­ chael Faraday (1791–1867) eingeführte Feldbegriff: Faraday beschrieb die damals bekannten elektrischen Erscheinungen durch Feldlinien in der Umgebung elektrisch geladener Körper. James Clerk Maxwell (1831–1879) gelang diemathematische Beschreibung magnetischer und elektrischer Felder mit Hilfe von vier Grundgleichungen. Aus ihnen konnte die Exis­ tenz elektromagnetischer Wellen vorhergesagt wer­ den. In weiterer Folge erkannte man, dass sich Licht in Form von elektromagnetischen Wellen ausbreitet. Grundkräfte der Natur In den kleinsten Bereichen der Materie (Nukleonen, Elementarteilchen) dominieren die starke und die schwache Wechselwirkung (vgl. Basiswissen 5, Kap. 5.1): Die starke Wechselwirkung erklärt die Kräfte zwi­ schen denTeilchen imAtomkern. Die schwacheWech­ selwirkung gibt an, wie sich Kernteilchen in andere Teilchen umwandeln können; damit wird beispiels­ weise der b -Zerfall erklärt. In den großen Bereichen des Universums ist die Gra­ vitation die Grundlage für alle Strukturen. Durch die Gravitation erhalten (große) Himmelskörper Kugel­ gestalt. Aufgrund der Gravitation laufen Planeten und Monde um ihre Zentralkörper. Im dazwischenliegenden Größenbereich bestimmen die elektrischen Kräfte die Erscheinungen und For­ men der Welt. So wird die Stabilität der Atome we­ sentlich durch die anziehenden elektrischen Kräfte zwischen der elektrisch negativen Atomhülle und dem elektrisch positiven Atomkern bestimmt. Elektrotechnik Die Errungenschaften der Elektrotechnik prägen un­ ser tägliches Leben in besonderer Weise. Durch den elektrischen Strom ist eine Energieform gegeben, die den Energietransport auch über weite Strecken er­ möglicht. Der Bau von stromerzeugenden Maschinen (Generatoren), von Stromumformern (Transformato­ ren) und von elektrischen Motoren wurde Grundlage des wirtschaftlichen Aufschwunges ab 1900. Kompet nzbereich Elektrizitätslehre/Elektische Energie Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv