Et2.htm

<BODY BGCOLOR=BEIGE> <p align=center><a name=2.>2</a></p> <table width=100% bgcolor=gainsboro border=0 cellpadding=0 cellspacing=0> <tr> <td rowspan=2 valign=top><h4>2.</h4></td> <td colspan=4 valign=top><h4>Physikalisch-chemische Grundlagen</h4></td> </tr> <tr> <td width=100%><img src="clear.gif"></td> <td align=right><a href="Et1.htm"><img src="button4.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="voriges Kapitel"></a></td> <td align=right><a href="inhalt.htm"><img src="button3.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="Inhaltsverzeichnis"></a></td> <td align=right><a href="Et3.htm"><img src="button5.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="nächstes Kapitel"></a></td> </tr> </table> <p><a href="inhalt.htm"><img src="button1.jpg" align=right border=0></a><a name=2.1.><h4>2.1. Was ist Elektrizität ?</h4></a></p> <P><b>Atom</b>(a=nicht; tom=teilbar), der chemisch kleinste Baustein der Materie und zugleich das chemisch kleinste Teilchen eines Elements.</p> <table> <tr> <td width=200 valign=top>Atomaufbau :</td> <td>Atomkern</td> <td width=10%><img src="clear.gif"></td> <td>Protonen & Neutronen</td> </tr> <tr> <td><img src="clear.gif"></td> <td>Atomhülle</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>Elektronen</td> </tr> </table> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <table width=100%> <tr> <td><img src="Bohr-o.gif" align=center hspace=25 alt=Atom-Modell></td> <td>Das Wesen der Elektrizität ist in den unterschiedlichen elektrischen Ladungszuständen der Protonen und Elektronen begründet.Die Ursache der elektrischen Kraft von Protonen ist eine positive Ladung(+). Die Ursache der elektrischen Kraft von Elektronen ist eine negative Ladung(-). Das gesamte Atom ist elektrisch neutral, solange die Anzahl der positiven Kernanteile(Protonen) mit der Zahl der negativen Elektronen übereinstimmt.</td> </tr> </table> <table width=100%> <tr> <td>Elektrizität kann nicht erzeugt werden, sie ist in jedem Stoff als Ladung von Protonen und Elektronen vorhanden.</td> </tr> </table> <p><b>Molekül</b>(lat.: molecula=kleinste Masse), der kleinste Bestandteil einer chemischen Verbindung, bestehend aus mindestens zwei Atomen verschiedener oder gleicher Elemente.</p> <p>Atome sind immer bestrebt, ihre Valenzschale vollständig mit Elektronen zu besetzen, um einen stabilen(edelgasähnlichen) Zustand zu erreichen. Dieser Zustand wird durch drei unterschiedliche Arten der Molekülbindung erreicht.</p> <table width=100%> <tr> <td width=10% height=25><img src="clear.gif"></td> <td>Bildung von Atomverbindungen zwischen Nichtmetallen</td> </tr> <tr> <td height=25><img src="clear.gif"></td> <td>Bildung von Ionenbindungen zwischen Nichtmetallen und Metallen</td> </tr> <tr> <td height=25><img src="clear.gif"></td> <td>Bildung von metallischen Bindungen zwischen Metallen</td> </tr> <tr> <td height=25 colspan=2><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <table width=100%> <tr> <td><img src="Bor-h2.gif" align=center hspace=25 alt=Atom-Modell></td> <td>Bei der <b>Atombindung</b> durchdringen sich die einfach besetzten Atomorbitale der beteiligten Atome. Dadurch vereinigen sich die Aufenthaltsräume der betreffenden Elektronen.</td> </tr> </table> <p><img src="Bor-nacl.gif" align=right hspace=25 alt=Atom-Modell>Bei der <b>Ionenbindung </b>erreichen Metall- und Nichtmetallatome durch Abgabe bzw. Aufnahme von Elektronen eine „Edelgaskonfiguration". Aus den Atomen enstehen positiv bzw. negativ geladene Ionen. Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Atomgruppen. Das sog. Ionengitter ensteht aufgrund der Dipoleigenschaft der Moleküle. Atome mit nur wenigen Elektronen auf ihrer Valenzschale können diese leichter abstossen, statt die Valenzschale vollständig zu besetzen. Dabei verlieren sie die äussere Schale und erreichen so einen stabileren Zustand, da die unteren Schalen vollständig mit Elektronen besetzt sind.</p> <table> <tr> <td><img src="Metal.gif" align=left hspace=25 alt=Atom-Modell></td> <td valign=top>Bei der <b>metallischen Bindung</b> werden viele oder alle Valenzelektronen zu freien Elektronen. Die freien Elektronen sind nicht mehr an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern können sich im stabilen Raumgitter der Atomreste ziemlich ungehindert bewegen.</td> </tr> </table> <p><a href="inhalt.htm"><img src="button1.jpg" align=right border=0></a><a name=2.2.><h4>2.2. Begriffe aus der Elektrotechnik</h4></a></p> <p><b>Die elektrische Spannung :</b></p> <p>Elektrische Spannung ist das Ausgleichsbestreben zwischen dem Ort vermehrten Elektronenbestandes(Kathode -) und dem Ort geringeren Elektronenbestandes(Anode +). Die Masseinheit für die elektrische Spannung ist Volt(V).</p> <table width=100% border bordercolor=gray rules=rows> <tr> <td >Arten von Spannungsquellen</td> <td width=10%><img src="clear.gif"></td> <td>Beispiele</td> </tr> <tr> <td colspan=3 height=2><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td>chemische Spannungsquellen</td> <td>»</td> <td>Batterie, Akkumulator</td> </tr> <tr> <td>mechanische Spannungsquellen</td> <td>»</td> <td>Dynamo, Piezo-Kristall, Reibungselektrizität</td> </tr> <tr> <td>Spannung durch Wärme</td> <td>»</td> <td>Thermoelement</td> </tr> <tr> <td>Spannung durch Licht</td> <td>»</td> <td>Solarzelle</td> </tr> </table> <p>Die Ursache für die Fähigkeit einer Spannungsquelle, elektrische Arbeit zu verrichten, beruht auf der sogenannten <b>„elektromotorischen Kraft"</b>(EMK). Zur Erzeugung eines elektrischen Spannungszustandes muss eine Arbeit(Energie) aufgewendet werden, die erst einmal die Ladungen trennt.</p> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <p><b>Der elektrische Strom :</b></p> <p>Die gerichtete Bewegung von Ladungen (Elektronen bzw. Ionen) nennt man elektrischen Strom. Unter der elektrischen Stromstärke versteht man die Elektrizitätsmenge, die in einer Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters tritt. Die Masseinheit für die Stärke des elektrischen Stromes ist Ampere(A).</p> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <p><b>Der elektrische Widerstand :</b></p> <p>Der elektrische Widerstand ist die Hemmung, die der fliessende Strom im Leiter erfährt. Der elektrische Widerstand ist abhängig von der Länge, dem Querschnitt, dem Material und der Temperatur des Leiters. Die Masseinheit für den elektrischen Widerstand ist Ohm(<font face=symbol>W</font>).</p> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td>Die Zusammenhänge zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand lassen sich mit dem Ohm'schen Gesetz mathematisch beschreiben.</td> <td width=20%><img src="clear.gif"></td> <td><b>R=U/I</b></td> <td width=20%><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <p><b>Stromleiter und Ihre Eigenschaften</b></p> <table width=100% border bordercolor=gray rules=rows> <tr> <td>Leiterklassen</td> <td width=10%>»</td> <td><b>Leiter 1. Klasse</b></td> <td width=10%><img src="clear.gif"></td> <td><b>Leiter 2. Klasse</b></td> </tr> <tr> <td colspan=5 height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td>Material</td> <td>»</td> <td>feste Leiter</td> <td></td> <td>flüssige Leiter</td> </tr> <tr> <td>Ladungsträger</td> <td>»</td> <td>Elektronen</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>Ionen</td> </tr> <tr> <td>Bewegung der Ladungsträger</td> <td>»</td> <td>in eine Richtung</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>in beide Richtungen</td> </tr> <tr> <td>warum ?</td> <td>»</td> <td>weil Elektronen negativ geladen sind</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>weil es positiv und negativ geladene Ionen gibt</td> </tr> <tr> <td>Vorgänge im Leiter</td> <td>»</td> <td>bei Stromdurchgang keine Veränderungen</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>bei Stromdurchgang Veränderungen</td> </tr> <tr> <td>Beispiele</td> <td>»</td> <td>alle Metalle, Kohle</td> <td><img src="clear.gif"></td> <td>alle Flüssigkeiten, die Ionen enthalten</td> </tr> </table> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <p><b>Stromrichtung im Leiter :</b></p> <p>Die konventionelle Stromrichtung ist vom positiven Pol zum negativen Pol definiert.</p> <p>Elektronen fliessen in Leitern erster Klasse vom negativen Pol(Kathode) zum positiven Pol(Anode).</p> <p>In Elektrolyten wandern nach Anlegen einer Spannung die positiven Ionen(Kationen) von der Anode in Richtung zur Kathode , bzw. die negativen Ionen(Anionen) von der Kathode in Richtung zur Anode.</p> <p>Die Elektronengeschwindigkeit im Leiter beträgt wenige Millimeter bis wenige Zentimeter ; trotzdem Wirkungseintritt mit Lichtgeschwindigkeit (300 000 km/s).</p> <table> <tr> <td height=15><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <p><b>Vorgänge in flüssigen Leitern unter Gleichstromeinfluss :</b></p> <p>Die durch Zufuhr von Gleichstrom in einem flüssigen Leiter(Elektrolyten) bewirkten chemischen Umsetzungen werden in ihrer Gesamtheit als Elektrolyse bezeichnet. Diese chemischen Vorgänge finden direkt an den Elektroden statt. In einer wässrigen Lösung sind die gelösten, positiv bzw. negativ geladenen, Ionen von Wassermolekülen umgeben. Unter Einfluss von Gleichstrom werden an der Kathode von positiv geladenen Wasserstoff-Ionen Elektronen aufgenommen, bzw. an der Anode von negativ geladenen OH¯- Ionen Elektronen abgegeben.</p> <table width=100%> <tr> <td height=20 colspan=2><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td width=10% rowspan=3><img src="clear.gif"></td> <td>An der Kathode entsteht atomarer Wasserstoff und sekundär Natronlauge.</td> </tr> <tr> <td height=10><img src="clear.gif"></td> </tr> <tr> <td>An der Anode entsteht atomarer Sauerstoff und sekundär Salzsäure. </td> </tr> </table> <table> <tr> <td height=40><img src="clear.gif"></td> </tr> </table> <table width=100% bgcolor=gainsboro border=0 cellpadding=0 cellspacing=0> <tr> <td width=100%><img src="clear.gif"></td> <td align=right><a href="Et1.htm"><img src="button4.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="voriges Kapitel"></a></td> <td align=right><a href="inhalt.htm"><img src="button3.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="Inhaltsverzeichnis"></a></td> <td align=right><a href="Et3.htm"><img src="button5.jpg" border=0 vspace=5 hspace=10 alt="nächstes Kapitel"></a></td> </tr> </table> </body> </html>