Elektrischer Strom Erklärt
Ingenieursmentalität
https://www.youtube.com/watch?v=Qu3j6Wr-lYE

Transkript (automatisch erstellt)

0:03 hallo zusammen ich bin paul von engineering mindset dot com in diesem video sehen wir uns den elektrischen strom an was für arten es
0:12 gibt welche symbole zur darstellung verwendet werden wie man strom ist und wie sicherungen uns und unsere elektrischen schaltkreisen schützen
0:23 strom ist der fluss von elektronen in einem kreislauf um elektrizität nutzen zu können müssen die elektronen in die gleiche richtung durch einen stromkreis
0:33 fließen normalerweise verwenden wir kupferkabel um einen stromkreis zu bilden weil kupfer ein sehr guter elektrischer
0:39 leiter ist dadurch haben die atome aus den kupfer besteht ein los gebundenes elektron in der äussersten valencia dass sich frei im metall bewegen kann
0:49 dieses freie elektronen lässt sich sehr leicht bewegen deshalb kupfer auch so beliebt ist es ist so leicht zu bewegen dass es sich
0:57 sogar auf natürliche weise ganz von selbst zu anderen kupfer atomen bewegt das geschieht allerdings zufällig und in allen möglichen richtungen was uns
1:05 nichts nützt darum wickeln wir kupferdrähte in gummi ein weil gummi sehr gut isoliert das bedeutet dass keine freien
1:12 elektronen hindurch kommen damit wird eine barriere geschaffen die die elektrizität innerhalb der drähte hält uns nicht schaden kann
1:20 damit wir strom für unsere geräte nutzen können müssen viele elektronen in einem stromkreis in die gleiche richtung fließen
1:29 dann können wir dinge wie lampen in den weg diese elektronen legen so dass sie durch den strom fließen müssen um licht und wärme zu erzeugen
1:37 doch dazu müssen wir die elektronen erst zwingen sich zu bewegen das tun wir indem wir eine spannung anlegen spannung ist eine schiebende
1:45 kraft wie der druck in einer wasserleitung je mehr druck wir haben desto mehr wasser fließt aus dem hahn
1:51 und je mehr spannung wir haben desto mehr elektronen fließen wir können druck auch ohne fließendes wasser messen und somit auch eine
1:58 spannung ohne dass strom fließt allerdings können wir nicht messen wie viel wasser fließt wenn kein wasser
2:06 fließt und somit können wir auch keinen strom messen wenn keine elektronen in einem kupferdraht fließen zwischen den beiden
2:14 enden gibt es keine entspannungs unterschied so dass sich die freien elektronen frei bewegen diese freie bewegung wird nicht als
2:22 strom betrachtet aber wenn wir eine batterie von sagen wir 1,5 volt nehmen und den draht über diese beiden anschlüsse verbinden gibt es jetzt eine
2:29 differenz von 1,5 volt über den draht und diese differenz zwingt die elektronen dazu in die gleiche richtung
2:38 zufließen die grundlage zum thema spannung haben wir bereits in unserem vorherigen video
2:45 ausführlich behandelt die links dazu findet ihr in der video beschreibung wir brauchen also viele elektronen in einem stromkreis die durch unsere lampen
2:53 fließen damit sie hell leuchten können aber die kabel und die lampe können nur eine bestimmte menge an elektronen durch lassen
3:02 genau wie ein roh dass eine bestimmte menge an wasser oder einen bestimmten druck standhält
3:10 wäre die menge größer würde die leitung einfach platzen und wenn zu viele elektronen durch das kabel oder die lampe schließen platzen
3:17 sie auch oder brennen durch ein elektronen fluss wird strom genannt und den messen wir in der einheit ampere darum wird das auch mit einem großen a
3:28 angegeben diese sicherung hat zum beispiel eine 3 und ein großes a das bedeutet dass sie für 31 stromstärke ausgelegt ist wir
3:39 werden uns gleich in diesem video noch ansehen wie sicherungen funktionieren etwas das einem beim thema elektrizität immer etwas verwirrt ist der unterschied
3:49 zwischen konventionellem strom und dem elektronen fluss beides erklärt in der theorie wie elektrizität funktioniert als benjamin
3:59 franklin zum ersten mal mit elektrizität experimentierte hatte er die idee dass etwas im inneren der materialien fließen muss und ihm wurde ein glasrohr gegeben
4:09 und als das mit einem tuch geschrieben wurde sheen ist diese seltsame unsichtbare flüssigkeit einzusammeln denn wenn jemand anderes das rohr
4:16 berührte erhielt er einen kleinen schlag heute kennen wir das als statische aufladung aber zu der zeit nahm benjamin franklin an dass das wort zu viel von
4:27 dieser unsichtbaren flüssigkeit angesammelt also war das für ihn positiv und die person die das rohr berührt und weniger
4:34 von dieser flüssigkeit haben musste war demnach negativ also sagte er ok ich denke ich schätze dieses endes positiv und dieses ende ist
4:43 negativ und die elektrizität fließt von positiv noch negativ und das machte sinn weil wasser eine flüssigkeit ist und von einer hohen
4:51 menge zu einer niedrigen menge fließt bald darauf begannen hersteller batterien auf seiner grundlage zu produzieren und darum sagten auch sie
4:59 das eine ende seien positiv und das andere negativ und das verwenden wir bis heute noch so
5:07 oder als konventioneller strom bekannt weil es die konventionelle theorie ist wie elektrizität fließt doch als sich die wissenschaft weiter
5:14 entwickelte und die experimente prinzip geworden entdeckte ein name ist james thompson dass dieses unsichtbare ding das sich im inneren des drahtes bewegt
5:22 ein teilchen war und dieses teilchen nannte er elektronen entdeckte auch dass diese elektronen tatsächlich in die entgegengesetzte richtung also von
5:32 negativ zu positiv fließen enkelin hatte nicht erkannt dass das seidentuch die elektronen aus dem glas
5:39 entfernte so dass sie eigentlich von der person zum glas rohr fließen joseph parsons theorie wurde dann als elektronen fluss bekannt weil es der
5:50 fluss der elektronen ist wie er tatsächlich auftritt die elektronen fließen in einem stromkreis vom negativen zum positiven
5:58 anschluss und nicht von positiv noch negativ es spielt jedoch keine rolle was sich im inneren des drahtes oder in welche
6:06 richtung es sich bewegt da unsere elektronischen formeln das nicht berücksichtigen
6:13 darum kommt man trotzdem immer auf das gleiche ergebnis außerdem ist das jetzt auch ein wenig spät die namen der anschlüsse auf allen
6:20 batterien auf der ganzen welt zu ändern also haben alle das einfach irgendwie ignoriert und wir lernen und verwenden weiterhin den konventionellen strom in
6:29 manchen branchen findet man eventuell auch beides darum sollte man sich immer daran erinnern dass wir wann immer wir über elektrizität sprechen einen
6:36 stromkreis erstellen oder uns sogar eine zeichnung von einem elektrischen schaltkreis ansehen immer davon ausgehen müssen dass konventioneller strom fließt
6:43 dennoch wissen die ingenieure und wissenschaftler dass die elektronen eigentlich in die andere richtung fließen
6:52 sich die stecker von elektrischen geräten anschaut sollte man diese kennzeichnungen von den herstellern finden die anzeigen wo für das produkt
6:58 ausgelegt ist dieses laptop ladegerät zeigt zum beispiel an dass es einen eingang von 100 bis 240 volt und 125 ampere
7:07 wechselstrom benötigt das wird durch dieses symbol hier dargestellt
7:16 das ladegerät wandel das dann in einen ausgang von etwa 19,5 volt und 333 ampere gleichstrom um
7:25 wird durch dieses symbol hier dargestellt gleich und wechselstrom sind zwei unterschiedliche arten von elektrizität
7:34 die steckdosen zu hause liefern wechselstrom bei dieser art fließen die elektronen nicht in einer endlosschleife sondern
7:41 bewegen sich abwechselnd vorwärts und rückwärts genau wie bei ebbe und flut elektrische geräte
7:50 wie laptops und handys verwenden dagegen gleichstrom bei diesen tipp fließen die elektronen nur in eine richtung direkt von einem
7:57 anschluss zum anderen das kann man sich wie wasser in einem fluss vorstellen in den meisten fällen wird strom von einem kraftwerk mit
8:07 wechselstrom zu den stätten geleitet weil es einfacher ist die spannung mit hilfe von transformatoren zu erhöhen und zu verringern
8:17 außerdem ist es sehr effizient strom mit dieser methode über große entfernungen zu transportieren es gibt auch hochspannungsleitungen mit
8:24 gleichstrom auf die wir aber nicht weiter eingehen werden für die leiterplatten kleine elektronische gerät
8:33 wie laptops handys und fernseher verwenden wir meist gleichstrom das liegt daran dass gleichstrom einfacher zu steuern ist und die
8:42 schaltkreise kleiner und kompakter sind viele geräte verwenden noch eine kombination aus wechsel und gleichstrom eine waschmaschine verwendet zb
8:52 wechselstrom für den induktions motor zum schleudern der wäsche in der trommel und gleichstrom für die platine wie die einstellungen lichter zeitschaltuhr
8:59 sowie die geschwindigkeit des motors steuert wir können wechselstrom in gleichstrom umwandeln in dem wir in den sogenannten
9:09 gleichrichter verwenden dieses gerät ist in der elektronik weit verbreitet wir können auch gleichstrom in wechselstrom umwandeln in dem wir
9:16 einen wechselrichter verwenden wer zum beispiel bei solarstromsystemen zum einsatz kommt mit wechselrichtern haben wir uns bereits sehr ausführlich
9:23 beschäftigt die links dazu findet ihr in der infobox ein fluss oder eine flut wird auch oft als starke strömung bezeichnet das ist
9:34 bei der elektrizität sehr ähnlich einen fluss mit vier schnell fließendem wasser bezeichnet man oft als starke strömung
9:41 dasselbe gilt für elektrizität ein kabel durch das viele elektronen schließen hat auch viel strom einfluss kann eine gewisse menge an wasser handhaben aber
9:51 wenn mehr wasser vorhanden ist also bewältigen kann tritt das wasser über die ufer das gleiche gilt für strom
10:00 das kabel wird platzen und durchbrennen daher müssen die hersteller jegliche kabel und lampen testen um herauszufinden wie viel strom sie
10:07 vertragen können außerdem wollen wir messen können wie viel strom durch unsere schaltkreise fließt das können wir nicht nur
10:15 berechnen sondern auch mit einem ampel meter messen strom wird in der einheit ampere gemessen
10:25 aber was ist ein ampere 1 ampere entspricht einem co long pro sekunde und ein kohle entspricht ungefähr sechs millionen und 242 quadri
10:36 ohne elektronen pro sekunde und was genau soll das heißen man kann zum beispiel diese 15 watt lampe mit einer 1,5 volt batterie betreiben
10:48 das erfordert einen strom von einem ampere dazu braucht der schaltkreis wiederum einen cologne pro sekunde so dass
10:55 ungefähr sechs millionen und 242 regionen elektronen pro sekunde von der batterie durch die lampe fließen müssen damit die lampe an bleibt
11:07 aber wie er bereits merkt ist es nicht gerade vorteilhaft die ganze zeit zu sagen wie viele elektronen pro sekunde fließen also sagen die ingenieure
11:15 einfach ampere um zeit zu sparen die helligkeit der lampe variiert dann mit der spannung wenn wir die spannung verringern werden die elektronen mit
11:24 weniger druck angetrieben so dass weniger elektronen fließen wenn wir die spannung erhöhen fließen mehr elektronen und die lampe leuchtet heller aber
11:33 vergesst nicht dass eine lampe bei einer bestimmten spannung und stromstärke durch brent um den strom in einem stromkreis zu messen müssen wir ein paar
11:40 meter in reihe schalten so dass der strom dadurch fließt das kann man sich wie einen wasserzähler vorstellen dass wasser in einer leitung muss immer durch
11:50 den wasserzähler damit wir wissen wie viel wasser fließt ebenso müssen die elektronen durch unser strommessgerät fließen
11:56 wir verwenden stattdessen allerdings ein multimeter da wir mit diesem gerät viel mehr machen können in der infobox findet ihr ein paar gute
12:05 links für gute multimeter wenn ihr einen braucht so einen kann ich echt dumm fehlen weil er definitiv in den werkzeugkasten eines jeden
12:12 elektroingenieur es gehört wenn wir diese 1 5 volt batterie und diese lampe mit einem widerstand von einem verbinden erhalten wir einen strom wert von 1 5
12:22 ampere das bedeutet dass jede sekunde 9 millionen und 636 millionen elektronen durch die leitung fließen
12:31 da die komponenten hier in reihe geschaltet sind ist der strom überall in der schaltung gleich so dass wir den strom überall messen können und immer
12:39 den gleichen wert erhalten wir dann eine weitere lampe zum stromkreis hinzufügen die auch in reihe
12:46 geschaltet ist und die lampe ebenfalls einen widerstand von einem um hat fügen wir den stromkreis einen weiteren widerstand hinzu daher ist es jetzt
12:54 schwieriger für die elektronen durch den schaltkreis zufließen darum sehen wir jetzt eine reduzierung des stroms in diesem fall halten einen
13:02 wert von 0,7 5 ampere was bedeutet dass vier quint millionen und 818 millionen elektronen fließen dieser strom kreis ist in reihe
13:11 geschaltet sodass wir auch hier mit dem multimeter überall den gleichen mass web erhalten wenn wir nun die schaltung mit zwei
13:18 lampen parallel und beide mit einem widerstand von einem mann die batterie von 1,5 volt anschließen erhalten wir in der hauptleitung von und zur batterie
13:26 drei ampere aber auf dem zweig jeder lampe erhalten wir 1,5 ab weil sich der weg des elektrons aufteilt sie werden also zwischen den beiden lampen geteilt
13:36 und dann führt der fahrt wieder zusammen so erhalten wir dann wieder den kombinierten strom von drei ampere und weil beide lampen den gleichen
13:44 widerstand haben haben sie auch den gleichen strom wenn aber zum beispiel einen widerstand von einem monat und b einen widerstand
13:52 von drei um dann erhalten wenn der hauptleitung einer stromstärke von 2 ampere im zweifel lampe erhalten wir dann 1,5 ampere und im zweifel lampe b
14:01 0,5 ampere beachtete jedoch dass lampe b schwächer leuchtet das liegt daran dass der widerstand höher ist was den elektronen den durchfluss erschwert in
14:11 beiden fällen addieren sich die affäre und die zweige und wenngleich dem gesamt strom der in der hauptleitung von und zur batterie fließt
14:18 daher können wir widerstände zu unseren schaltungen hinzufügen um zu begrenzen wie viel strom fließen kann
14:26 widerstände erschweren den elektronen den fluss durch einen stromkreis wir fügen widerstände zur schaltkreisen hinzu weil sie den strom reduzieren
14:35 das ist wie ein knick in einem rohr dadurch erfährt der wasserfluss einen zusätzlichen widerstand wodurch die wassermenge die durchfließen kann
14:43 verringert wird und da das wasser gegen die rovers stößt verliert es an energie somit haben wir also einen druckabfall
14:51 das gleiche gilt beim widerstand das material erschwert den elektronen den durchfluss die elektronen prallen daran ab und verlieren an energie so
14:59 dass ein spannungsfeld entsteht diese verschwendete energie muss irgendwo allerdings hingehen und das macht sie in form von wärme wenn wir uns einen
15:07 widerstand durch eine wärmebildkamera ansehen können wir sehen dass wärme austritt diese led ist zum beispiel für maximal 22 milliampere oder 0,02 2
15:17 ampere ausgelegt die wollen wir an eine stromversorgung mit 9 volt anschließen wenn wir in den widerstand mit zehn um verwenden würde der strom 0,09 ampere
15:27 betragen was zuviel ist dadurch wird die led durchbrennen wenn wir allerdings einen widerstand mit 450 um verwenden liegt der strom bei 0,0 2
15:37 ampere was unter dem grenzwert liegt das sollte also gehen bei einem widerstand mit 900 mhz beträgt der strom 0,0 1 ampere was viel zu niedrig ist so dass
15:47 die led nicht hell leuchten kann wenn man den strom zu hause messen will kann man auch diese billigen energie messgeräte kaufen die man an die geräte
15:56 anschließen kann um die spannung den strom den energieverbrauch sowie die betriebskosten abzulesen die sind richtig gut so dass man
16:04 unbedingt einzeln werkzeugkasten haben sollte ihr findet einen link in der infobox wo ihr einen herbekommen könnt grundsätzlich haben sicherungen ein
16:14 dünnes stück draht im inneren das für eine bestimmte stromstärke ausgelegt ist die hier ist für drei ampere oder 19 millionen und 272 quad regionen
16:24 elektronen pro sekunde ausgelegt wenn zu viel strom im stromkreis fließt brennt die sicherungen durch und öffnet
16:33 oder unterbricht den strom kreist um die teuren elektrischen komponenten zu schützen sicherung fungiert mit mehr
16:40 schwachstelle und ist sehr günstig zu ersetzen die findet man auf platinen montiert und in england haben auch steckdosen für
16:47 zusätzliche sicherheit oft eine sicherung eingebaut leistungsschutz schalter oder auch sicherungen genannt finden wir im
16:56 verteilerkasten im haus und am arbeitsplatz diese schalter öffnen sich automatisch um den stromkreis zu unterbrechen wenn
17:03 bei einer überlastung einem kurzschluss zu viele elektronen durch den schalter fließen
17:09 wenn wir mit überlasst funktion langsam mehr last in den stromkreis einspeisen überschreiten wir irgendwann die nennleistung und er
17:16 wird ausgelöst um den strom zu unterbrechen und den stromkreis zu schützen das nennt man einen überlastungsschutz
17:23 die meisten modernen sicherungen haben auch einen kurzschluss schutz wenn das irgendeinem grund die positiven und negativen drehte in direkten kontakt
17:31 kommen kommt es zu einem großen und sofortigen stromstoß weil es keine widerstände gibt
17:38 die sicherung erkennt diesen sofortigen stromstoß jedoch und schaltet den strom direkt ab um den stromkreis zu unterbrechen
17:49 in nordamerika gibt es das gerät das gfc ii oder ground von cirquent ägypter genannt wird in europa bezeichnet man das als rcd oder frida
17:59 strom schutzschalter die überwachen und vergleichen im grunde genommen den strom in der zue und rückleitung in einem stromkreis wenn wir zurückkommen der
18:08 strom nicht gleich dem zugeführten strom ist hat der strom einen anderen weg gefunden und verlässt den stromkreis daher zum beispiel durch eine person
18:16 fließen könnte unterbricht das gerät den strom das geht extrem schnell und mit einer sehr kleine toleranz um uns vor
18:23 stromschlägen zu schützen und uns abzusichern okay das war's für dieses video aber wenn du noch mehr über elektrizität und
18:30 elektrotechnik lernen willst kannst du jetzt eines der videos auf dem bildschirm anschauen wir sehen uns dann dort für die nächste
18:36 lektion und vergesst nicht unserer facebook twitter linkedin instagram und engineering meinte dort kommt zu folgen