Alles rund ums Thema elektrische Stromkreise

Einführung in das Thema

Stromkreise sind die Basis für unzählige Dinge vom simplen Lichtschalter für die Zimmerbeleuchtung über die Küchenmaschine bis hin zu Robotern und Computern. Mit niedrigen elektrischen Spannungen, z. B. aus einer Batterie, lassen sich elektrische Phänomene und Techniken anschaulich darstellen, erleben und verstehen:

• Wie funktioniert eine Taschenlampe?
• Wie schalte ich einen elektrischen Motor ein und aus?
• Wie kann ich bei einem Motor die Drehrichtung ändern?
• Wie kann ich eine Lampe von mehreren Stellen aus steuern, etwa wie bei einer Treppenhausbeleuchtung?
• Wie funktionieren einfache elektrische Steuerungen?

Historie

Ohne sich dessen bewusst zu sein, haben die Menschen schon vor zehntausenden Jahren ein sehr beeindruckendes elektrisches Phänomen beobachten können: Den Blitz bei einem Gewitter. Hier fließt sehr viel elektrische Ladung mit sehr viel Energie in einem Sekundenbruchteil von Gewitterwolken zum Boden. Der Effekt ist so stark, dass Bäume förmlich „gesprengt“ werden können, weil die beim Blitzeinschlag freigesetzte Energie genügt, das im Baum gespeicherte Wasser augenblicklich zum Sieden (Kochen) zu bringen und so das Holz platzen zu lassen.

Harmlosere Erfahrungen mit Elektrizität macht wohl jeder Mensch einmal, wenn er sich die Haare mit einem Kunststoff-Kamm kämmt und feststellt, dass ihm die Haare danach „zu Berge stehen“. Sie wurden durch die Reibung am Kamm elektrisch aufgeladen. Solche Effekte wurden schon um 600 v. Chr. bei der Reibung mit Bernstein beobachtet.

Ein erster Vorläufer einer „Batterie“ wurde schon im letzten Jahrhundert v. Chr. hergestellt: Je ein Eisen- und ein Kupferstab wurden in ein Elektrolyt, wie man es heute nennen würde, getaucht. Als Elektrolyt diente damals schlicht – Traubensaft!

Erst in den letzten ca. 400 Jahren wurde die Elektrizität systematischer untersucht. Etwa Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckte man die Wechselwirkung zwischen fließendem elektrischem Strom und Magnetismus – der Grundlage für die späteren Elektromotoren. Der britische Physiker Michael Faraday fasste die Naturgesetze der Elektrizität in mathematische Formeln. Dadurch wurden elektrische Phänomene quantitativ berechenbar.

Seitdem schritten der Erkenntnisgewinn und die praktische Anwendung Hand in Hand in immer schnellerem Tempo voran. Man denke an die Glühlampe, die ersten Telegrafen, die erste Funkübertragung, Radio, Telefon, Fernsehen, elektrisch betriebene Züge und andere Fahrzeuge, den Taschenrechner – bis zu Telekommunikations-Satelliten, Smartphones, Microcontroller und die großen Rechenzentren.