Grundlagen der Elektrotechnik

Ein in der Natur vorkommendes Eisenerz (Fe₃O₄) zieht Körper aus Eisen oder Stahl¹) an und hält sie bei direkter Berührung fest. Diese Eigenschaft nennt man Magnetismus, das Eisenerz — auch Magneteisenstein genannt — einen natürlichen Magneten. Es wird im Harz, im Erzgebirge, in Schweden, Norwegen und in der Sowjetunion gefunden.

Wie aus der Elektrostatik bekannt ist, werden Körper, und zwar sowohl Nichtleiter als auch Leiter, durch Reiben elektrisch. Dieser Vorgang beruht nach unserem heutigen Wissen darauf, daß bei einer innigen Berührung zweier Körper aus verschiedenem Material Elektronen aus dem einen Körper in den anderen übergehen. Ruhende elektrische Ladungen können auf metallischen Körpern auch dadurch hergestellt werden, daß man sie mit den Polen einer elektrischen Spannungsquelle leitend verbindet. Schließt man z. B. zwei isoliert aufgestellte Metall platten nach Bild 3.1 an eine Gleichspannung an, so werden durch die in der Spannungsquelle wirkende Uripinnung Elektronen von der einen Platte getrieben, bis zwischen den beiden Platten die gleiche Spannung vorhanden ist wie an den Polen der Spannungsquelle. Dieser Spannungszustand bleibt auch nach dem Abtrennen der beiden Platten von der Spannungsquelle zunächst erhalten.

Die mechanische Erzeugung elektrischer Ströme in den Generatoren der Elektrizitätswerke beruht auf der technischen Anwendung der elektromagnetischen Induktion. Im Abschnitt 2.4 wurde gezeigt, daß in einer Spule eine elektrische Spannung induziert wird, wenn sich der Magnetfluß innerhalb der Spule ändert. Dies erreicht man in technisch bequemer Weise, indem man eine Spule in einem ruhenden Magnetfeld dreht. Ein einfaches Modell eines Generators zeigt Bild 4.1.

Das Bild 4.1 zeigte das Modell einer einfachen Maschine zum Erzeugen von Wechselstrom. Den in der Leiterschleife beim Drehen induzierten Wechselstrom kann man in Gleichstrom umwandeln mit Hilfe eines Schaltwerks, das in dem Augenblick die Anschlüsse der Leiterschleife an die Polklemmen der Maschine vertauscht, in dem sich die Richtung der induzierten Spannung ändert. Dieses Schaltwerk, das man als Kommutator¹) oder Kollektor ²) bezeichnet, besteht aus zwei gegeneinander isolierten, auf der Drehachse sitzenden Halbzylindern, an die der Anfang bzw. das Ende der Leiterschleife angelötet ist. Die Stromentnahme erfolgt durch die Kohlebürsten, die auf den Kollektorlamellen gleiten (Bild 5.1).

Zur Erzeugung elektrischer Energie bedient man sich der Hilfe von Turbinen, die entweder mit Wärme (Dampf) oder Wasser betrieben werden. Die Turbinen sind meist mit Synchrongeneratoren verbunden, wenn es sich um eine hohe Leistungskapazität des Kraftwerkes handelt.

Sind elektrische Einrichtungen defekt, oder werden die Unfallvorschriften nicht streng beachtet — recht oft aus Leichtsinn — kann durch den menschlichen Körper ein Strom fließen. Überschreitet der Strom dabei eine bestimmte Höhe, treten Bewußtlosigkeit, Lähmungen und auch der Herztod ein. Hierbei ist eine umfassende Berührung wegen des eintretenden Muskelkrampfes weit gefährlicher als die Flächenberührung spannungsführender Anlageteile.

Elektrische Anlagen müssen laufend überwacht, ihre Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit müssen geprüft und die Ursache auftretender Störungen festgestellt werden. Bei all diesen Aufgaben ist man auf Messungen angewiesen. Deshalb muß jeder, der mit elektrischen Stromversorgungs- oder Verbraucheranlagen zu tun hat, mit den erforderlichen Meßgeräten und Meßeinrichtungen, ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise, ihrer Schaltung und Behandlung, sowie mit den Prüf- und Meßmethoden, kurz mit den Grundlagen der Meß-technik, vertraut sein.