![Jean-Honoré Fragonard [Public domain], via Wikimedia Commons](https://www.phyx.at/wp-content/uploads/2011/05/468px-Fragonard_The_Swing-234x300.jpg)
Jean-Honoré Fragonard [Public domain], via Wikimedia Commons
Wellen können um Hindernisse herumlaufen, wenn die Wellenlänge im Größenbereich des Hindernisses ist. Wir sprechen von Beugung. Beugung findet etwa statt, wenn Schall mit einer typischen Wellenlänge von einem Meter durch eine Tür geht, die ebenfalls etwa diese Größe hat. Wir können um die Ecke hören. Beugung findet nicht statt, wenn Licht mit einer sehr kleinen Wellenlänge im Nanometer-Bereich durch die Tür geht. Wir können um die Ecke nicht sehen.
Gefahr droht für Mensch und Umwelt immer, wenn Energie übertragen wird: in einem unpassenden Moment, an einer unpassenden Stelle, in einer unpassenden Menge. Ein Erdbeben kann das alles gleichzeitig.
Unter einem Stromausfall versteht man eine unbeabsichtigte Unterbrechung der Versorgung mit Elektrizität. Stromausfälle entstehen durch eine Unterbrechung des Stromkreises oder ein Ungleichgewicht von Bereitstellung und Bedarf.
Gibt es denn keine Möglichkeit, elektrische Energie für besondere Momente aufzubewahren?
Wenn Kraftwerke mehr Energie erzeugen, dann kann diese Energie nicht direkt als elektrische Energie gespeichert werden, sondern nur durch einen Umweg: Wasserpumpen werden betrieben, die Wasser auf einen Berg-Stausee hinaufpumpen. Wird später in einer “Lastspitze” im Stromnetz wieder mehr Energie benötigt, verwendet man dieses “hohe Wasser” dazu, Generatoren anzutreiben, die diese benötigte Energie in dem Moment erzeugen, in dem sie gebraucht wird.
Jede Energieumwandlung ist allerdings mit einem Verlust verbunden, Energie geht in Form von Wärme verloren. Wir sprechen hier vom Wirkungsgrad. Je höher, desto besser, er ist aber nie 100%.
Elektrische Kondensatoren speichern Ladungen.
Kondensatoren bestehen aus zwei Gebieten: einem positiv geladenen Gebiet, und einem negativ geladenen Gebiet. Dazwischen befindet sich ein elektrisches Feld, in dem die Energie gespeichert ist. Es gibt Kondensatoren als einfache Energiespeicher für elektronische Geräte in vielen verschiedenen Formen.
Wir erinnern uns an die Definition elektrischer Spannung: die Ladungen liegen getrennt vor. Üblicherweise würden sich + und – ausgleichen. Wer es schafft, Ladungen zu trennen und diese Trennung dann beizubehalten, hat elektrische Energie gespeichert.
Eine Batterie stellt Ladungen getrennt zur Verfügung.
Schauen wir uns die kleinste Batterie an – eine Galvanische Zelle. In ihr wird chemische Energie in elektrische Energie (Ladungstrennung) umgewandelt. Durch eine Redoxreaktion, dem gleichzeitigen Ablauf einer Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme). Dies passiert in zwei unterschiedlichen Metallen in einem Elektrolyt – einer leitfähigen Flüssigkeit.
Das eine Metall wird durch die Elektronenabgabe zum Pluspol der Batterie, das andere zum Minuspol. Werden die Pole verbunden, fließt Strom, wenn in der Batterie selbst die beiden Halbzellen durch eine Ionenbrücke verbunden werden, damit ein geschlossener Stromkreis hergestellt ist.
Mehrere galvanische Zellen kann man zu einer Batterie zusammenschalten. Batterien sind immer Gleichspannungsquellen. Die erste Batterie wurde 1800 von Alesandro Volta vorgestellt – ihm zu Ehren erhielt die elektrische Spannung die Einheit “Volt”.
Speicherkraftwerke sind Energiespeicher mit einer Umwandlung der Energieform.
Elektrisch betriebene Pumpen befördern Wasser in ein hochgelegenes Reservoir, wenn zu viel elektrische Energie zur Verfügung steht. Die Energie liegt dann als potenzielle Energie vor. Wird wieder elektrische Energie benötigt, kann das Wasser wieder heruntergelassen und in Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden.
Es gibt in Österreich einige sehr bekannte Speicherkraftwerke, zum Beispiel: das Kraftwerk Kaprun.
Water released from the Verbund Hydro Power dam, located in Austria. 20,000 liters per second, travelling at 50m/s with 190 m of water exerting pressure [watch more: https://t.co/8sqdjdqAHq] pic.twitter.com/ikgqRr5HF8
— Massimo (@Rainmaker1973) June 21, 2022
Gespräch über Energiespeicher: Die Physikalische Soiree 186 (Podcast): Was kann man mit überschüssiger elektrischer Energie in Österreich tun. Karl Zach von der TU Wien hat ausgerechnet, wie lange die Pumpspeicher noch reichen.
Strom wird in Kilowattstunden abgerechnet (kWh). Watt? Wir denken bei Watt sofort an Leistung – Energie pro Zeit – und glauben als, dass wir für Leistung auch zahlen. Aber: dem E-Werk ist es ziemlich egal, wie langsam oder schnell wir die Energie aus dem Netz ziehen. Wir bezahlen die reine Menge. Das sagt auch die Einheit Wh – Energie pro Zeit (Watt) mal Zeit – hier kürzt sich die Zeit einfach heraus, wir zahlen für Energie. Und die wird in Joule gemessen. Die Einheit Wh bzw. kWh hat sich historisch entwickelt.
Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist mit rund 20% relativ gering, es müssten große Mengen an Solarpaneele in sonnenreichen Umgebungen installiert werden, um die großen Energiemengen zur Verfügung zu stellen, die von den Verbrauchern benötigt werden.
Der Strom kann auf mehrere Arten zu uns ins Haus gelangen, einer Methode wird im folgendem Beispiel erklärt.
Link zum Wikipedia Artikel über Wechselstrom
Ein Elektromotor beruht auf folgendem Prinzip: Ein elektrisches Kabel führt durch einen Magneten. Sobald Strom fließt, reagiert die Natur mit einer Kraft: der Lorentzkraft. Sie ist die Kraft auf eine Ladung, die sich in einem Magnetfeld befindet. Der Elektromotor ist eine geschickt gebaute Anordnung, die dieses Prinzip ausnützt, um einen Rotor in Drehung zu versetzen.
Der Vogel steht mit beiden Beinen auf derselben Spannung. Strom fließt aber nur bei Spannungsdifferenzen, es besteht daher für den Strom keine Veranlassung durch den Vogel zu fließen.
Elektrische Spannung entsteht, wenn Ladungen getrennt vorliegen. Auf der einen Seite positive Ladungen +++ und auf der andern Seite negative Ladunngen – – –
Elektrischer Strom entsteht dann, wenn es Spannung gibt. Und wenn sich die elektrischen Ladungen ausgleichen können, weil es einen elektrischen Leiter gibt. Elektrischer Strom ist das Fließen von elektrisch geladenen Teilchen.
Der elektrische Widerstand bestimmt, wie viel Strom bei gegebener Spannung fließen kann.
Wikipedia-Stichworte: Elektrizität
Marietta Blau war eine österreichische Physikerin, die eine photografische Methode entwickelt hat, mit der man den Zerfall von Elementarteilchen sichtbar machen konnte: die Zertrümmerungssterne. Zertrümmerungssterne sind Spuren der Kernreaktionen, die die Bestrahlung von Fotoplatten mit hochenergetischer Strahlung bewirkt.
Albert Einstein hat die Relativitätstheorie entwickelt, die zum ersten Mal zeigte, dass Raum und Zeit nicht unveränderlich sind, und dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Er erhielt den Nobelpreis nicht für die Relativitätstheorie, sondern für die Erklärung des photoelektrischen Effektes, der einer der experimentellen Ausgangspunkte für die Überlegungen der Quantenmechanik ist.
Isaac Newton (1643-1727) gehört zu den ersten und bedeutendsten systematisch arbeitenden Naturwissenschaftlern der Menschheit. Grundlegende Beiträge zur Dynamik, Optik, Himmelsmechanik, Mathematik und Chemie charakterisieren sein Lebenswerk. Heute ist ein berühmter Lehrstuhl in Cambridge nach ihm benannt, den derzeit Steven Hawking innehält, ein Astrophysiker.
