längere Abschnitte, genaue Beschreibungen (in schwierigerer Sprache)
Elektrizität
vorgestellt von
Ihsan , 4a im Schuljahr 02/03
Das Buch hat Professor Heinz Haber geschrieben. Ein Physiker namens Hans Christian Oerstedt hatte einen Versuch gemacht. Er wollte Ströme erhitzen. Er hat eine drehbar gelagerte Magnetennadel in die Nähe eines Platindrahtes gelegt. Er bemerkte, dass die Magnetnadel zuckt, als würde sie von unsichtbaren Kräften getrieben. Man kann mit Kupferdraht und einer Batterie einen elektrischen Magnet herstellen. Man muss den Draht nur einwickeln. Dann kann es alles, was Metall ist, anziehen. So machen es elektromagnetische Kräne. Sie ziehen alles, was Metall ist, an. Und wenn man es runterlassen will, muss man den Magnet nur ausschalten. Die elektromagnetischen Kräne können bis zu 20 t Metall heben. Wenn man mit dem Nordpol eines Stabmagneten mehrere Male eine unmagnetische Stricknadel bestreicht, drehen sich die Elementarmagnete. In nicht magnetischem Eisen liegen die Elementarmagnete durcheinander. In einem magnetischen Eisen sind die elementaren Magnete geordnet.
viele Bilder,
kleine Schrift
Haber, Heinz: Elektrizität und Magnetismus. Tessloff Verlag.
ISBN 3 - 7886 - 0264 -
Watt entsprechen der veralteten Leistungseinheit„Pferdestärke (PS)“. Eine Glühlampe, die 75 Watt verbraucht, verschlingt also etwas mehr als ein Zehntel PS; das Bügeleisen mit 700 Watt braucht fast die ganze Leistung eines Pferdes. Die Leistungen, die wir aus unseren E-Leitungen beziehen, sind gewaltig und verhältnismäßig billig: 735mal muß ein Mensch 50 Kilogramm zehn Meter hoch, also vom Keller in den zweiten Stock tragen, um die Arbeit einer Kilowattstunde zu leisten; das Hamburger Elektrizitätswerk verkauft die gleiche Energiemenge je nach Tarif für 16,5 bis 45 Pfennig für jede Kilowattstunde.
Jeder Leiter leistet dem Strom Widerstand. Die Elektronen bewegen sich nämlich nicht ungehindert durch den Draht, sondern fliegen zwischen den Atomen hindurch und stoßen dabei mit ihnen zusammen. Dadurch werden sie abgebremst, sie erfahren einen Widerstand. 1826 fand der Kölner Gymnasiallehrer Georg Simon Ohm das nach ihm benannte Gesetz, nach dem man den
Widerstand berechnen kann. Die Einheit des Widerstands ist das Ohm. Sie wird nach der Formel „Spannung durch Stromstärke gleich Widerstand“ berechnet.
Jeder Werkstoff hat einen spezifischen (d. h. ihm eigenen) Widerstand. Von ihm hängt ab, wie das Material sich verhält, wenn es von Strom durchflossen wird. Silber und Kupfer haben geringen spezifischen Widerstand, sie sind sehr gute Leiter. Eine 22-cm-Kochplatte (links) leistet 2000 W, das ist mehr als die Leistung dreier Pferde. In einer halben Stunde verbraucht diese Platte eine Kilowattstunde. Mit einer Kilowattstunde kann man 50 kg 10 m (rechts) heben, eine Woche lang Radio hören, 61/2 Stunden fernsehen oder sich vier Jahre lang elektrisch rasieren.
Der elektrische Widerstand von Wolfram ist höher als der von Silber. Wolfram ist daher ein schlechter Leiter. Wenn es von Strom durchflossen wird, beginnt es zu glühen, das heißt, es gibt erst Wärme und dann Licht ab. Bernstein, Hartgummi, Porzellan, Glas und die meisten Kunststoffe haben einen sehr hohen spezifischen Widerstand. Sie werden daher häufig zu Isolierung von leitenden Stoffen verwendet.
Es sind also schlechte Leiter wie Wolfram und ähnliche Stoffe, die in unseren Licht- und Wärmegeräten verwendet werden; sie sind es, die kochen, backen, heizen und unsere Straßen und Wohnungen beleuchten.
Elektrizität und Magnetismus
Wie fand Oersted den Magnetismus der Elektrizität?
Im Jahre 1820 hängte der dänische Physiker Hans Christian Oersted eine drehbar gelagerte Magnetnadel in der Nähe eines Platindrahtes auf, den er durch starke elektrische Ströme erhitzen wollte. Als er den Strom einschaltete, bemerkte er, daß die Magnetnadel zuckte und sich dann, wie von unsichtbaren Kräften getrieben, zur Seite drehte. Wenn Oersted den Strom abstellte, kehrte die Nadel in ihre Ausgangslage, also in Nord-Süd-Stellung, zurück.
Daraus folgerte der Physiker: Wo sich eine Magnetnadel dreht, muß ein Magnetfeld sein. Und er folgerte weiter:
Genau so wie ein Dauermagnet baut also auch ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld auf. Dieses elektromagnetische Feld besteht aber nur, solange der Strom fließt. Wird der Strom abgestellt, bricht das Feld zusammen und verschwindet spurlos.
Die „Feldlinien“ des Magnetfeldes laufen um den Leiter. Ihre Richtung hängt von der Richtung ab, in der der Strom fließt. Man kann sie nach der Korkenzieher-Regel feststellen: Denkt man sich einen Korkenzieher in Stromrichtung in den Draht hineingebohrt, so gibt die Drehrichtung des Korkenziehergriffs die Drehrichtung der Feldlinien an. Ihre Richtung läßt sich auch mit einer Magnetnadel ermitteln: Der Nordpol der Nadel zeigt stets in Richtung der Feldlinien.
Oersteds Versuch, mit modernen Mitteln dargestellt: Wenn kein Strom durch den Leiter fließt, zeigt die Kompaßnadel nach Norden (oberes Bild). Fließt Strom (unten), wird die Nadel vom Magnetfeld abgelenkt und zeigt nach Osten oder Westen
Wie kann man die magnetische Wirkung eines Feldes vergrößern?
Das elektrische Feld um einen langen geraden Leiter ist nicht stark, es sei denn, man arbeitet mit sehr starken Strömen.
Biegt man den Leiter zu einer Schleife, verstärkt sich die magnetische Wirkung des Feldes, seine Kraft wird größer. Werden mehrere Schleifen zu einer Spirale oder Spule zusammengebogen, nimmt die Kraft abermals zu;
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