KNOW HOW :Elektrischer Strom
Stromlieferanten - Stromerzeugung
In Kraftwerken werden Generatoren dazu benutzt, mit Hilfe einer Turbine bestimmte Drehbewegungen zu erzeugen. Damit können Elektronen in die vorgegebene Richtung gelenkt werden. Bei dieser Ablenkung wird der Fakt ausgenutzt, dass sich Elektronen in eine vorgegebene Richtung lenken lassen, wenn sie in einem Magnetfeld vorkommen. Man kann die Elektronen lenken, indem man den Stromleiter in das Magnetfeld hinein- und wieder hinausbewegt.
Der Generator eines Kraftwerkes lässt sich in seiner Funktionsweise mit dem Dynamo eines Fahrrades vergleichen. Im Inneren des Generators befinden sich eine Spule sowie ein Kommutator. Die Spule ist dabei in dem Magnetfeld angebracht, das von einem Permanentmagneten gebildet wird. Außerdem kann diese Spule längs gedreht werden. Der Kommutator ist eine dicke Scheibe aus Metall, die aus zwei Hälften besteht. Diese Hälften werden durch einen Isolator voneinander getrennt. Je eine Scheibenhälfte ist mit je einem Ende der Spule verbunden. Der Kommutator wird von zwei so genannten Schleifern abgetastet. An die Schleifer werden die Stromleitungen angeschlossen. Diese führen zu zwei Anschlusskontakten, an welche wiederum ein Verbraucher (zum Beispiel eine Glühlampe) angeschlossen werden kann.
Der Generator setzt nun die Spule und den Kommutator in Bewegung. Die ausgelöste Bewegung ist eine Drehung, die bewirkt, dass sich das Magnetfeld ändert, das durch die Spule fließt. Die Änderung des Magnetfeldes geht innerhalb einer Drehung der Spule vonstatten. Dadurch können die Elektronen in eine bestimmte Richtung gelenkt werden, es wird also Strom erzeugt. Der Kommutator nun "vertauscht" die Anschlusskontakte an der Spule jede halbe Drehung, so dass der Strom immer wieder umgepolt wird. Somit wird der so genannte pulsierende Gleichstrom erzeugt. Wechselstrom hingegen entsteht ohne den Kommutator. Dabei werden die Spulenenden an zwei voneinander getrennte Schleifer angeschlossen.
Neben den Generatoren gibt es als Stromquellen noch die bekannten Batterien. Bei diesen wird der Stromfluss chemisch erzeugt und nach Gebrauch müssen sie entsorgt werden. Sie sind nicht weiter verwendbar. Dagegen gibt es Akkumulatoren, die die gleiche Aufgabe erfüllen wie die Batterien. Sie sind im Gegensatz zu diesen aber immer wieder aufladbar und können so immer wieder verwendet werden. Es kann in der Praxis aber beobachtet werden, dass Akkumulatoren trotzdem nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Werden sie zu oft wieder aufgeladen, können sie den Strom nur noch für kurze Zeit speichern. Besonders kurzlebig sind Akkumulatoren, wenn sie nicht vollständig entleert wieder aufgeladen werden.
Batterien und Akkumulatoren können generell eher als Stromspeicher denn als Stromquellen bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu steht die Brennstoffzelle, die eine wirkliche Stromquelle ist. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren hier auf Wasser. Es ist eine kalte Reaktion, da die Energie, die dabei freigesetzt wird, nicht in Wärme umgewandelt wird. Sie wird zu kinetischer Energie und dann den Elektronen zugeführt. Damit erhält man einen Stromfluss. Der nötige Wasserstoff ist in der Natur allerdings nur selten zu finden, sondern er muss auf chemischem Wege durch die Elektrolyse entstehen. Bei der Elektrolyse wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Damit ist die Brennstoffzelle aber keine "saubere" Alternative zu den großen Energieerzeugern.
Als letzte mögliche Stromquelle sollen an dieser Stelle die Solarzellen (Solar-Strom) genannt werden. Bei einer Solarzelle ist die Menge des eintreffenden Lichtes ausschlaggebend für die Menge des erzeugten Stroms. Das Licht, das auf diese Fotodioden trifft, gibt die darin enthaltene Energie an Elektronen ab. Damit entsteht der Stromfluss. Doch der Wirkungsgrad der Solarzellen ist nicht gerade hoch, so dass Generatoren immer noch die hauptsächlichen Stromerzeuger sind. Sie besitzen, wenn sie richtig optimiert sind, einen Wirkungsgrad von nur wenig unter einhundert Prozent.