Elektrotechnik

Facharbeiter in der metallverarbeitenden Industrie benötigen im Gegensatz zu früher mehr Kenntnisse im Bereich Elektrotechnik, da Mechanik und Elektronik immer mehr eine Einheit bilden. Ein Hinweis dafür ist das Berufsbild des Mechatronikers.

Die Grundlagen der Elektrotechnik sind elektrische Ladungen. Warum Materie elektrisch geladen wird, erkennt man bei einem Blick auf das kleinste Stück, woraus Materie besteht, den Atomen. Ein Atom ist besteht aus den drei Elementarteilchen Proton, Elektron und Neutron. Den Atomkern bilden die Protonen und Neutronen. Um den Kern herum kreisen Elektronen und bilden die Atomhülle.

Ist die Anzahl der Elektronen identisch mit der Anzahl der Protonen, ist das Atom nach außen elektrisch neutral. Sobald die Anzahl unterschiedlich ist, wird das Atom zu einem Ion und wird elektrisch geladen.

Körper, die elektrisch geladen sind, haben ein Ausgleichsstreben, um einen neutralen Zustand zu haben. Das bedeutet, dass gleich geladene Körper sich abstoßen und ungleich geladene Körper sich anziehen. Berühren sich zwei ungleich geladene Körper, erfolgt ein Elektronenübergang von dem Körper, bei dem ein Elektronenüberschuss herrscht, zu dem Körper, bei dem ein Elektronenmangel herrscht. So wird versucht, ein Ausgleich zu schaffen.

Folgende Formelzeichen werden bei Berechnungen elektrischer Ladungen verwendet:

• Elektrische Ladung: Formelzeichen Q, Einheit Coulomb (C)
• Stromstärke: Formelzeichen I, Einheit Ampere (A)
• Zeit: Formelzeichen t, Einheit Sekunden (s)
• Anzahl der Elektronen: Formelzeichen N
• Elementarladung: Formelzeichen e (Konstante 1,602177 · 10^-19, verkürzte Form 1,602 · 10^-19)
• Negative Elementarladung: Formelzeichen -e
• Positive Elementarladung: Formelzeichen +e

Elektrische Ladung berechnen

Die elektrische Ladung kann mit zwei Formeln berechnet werden. Die eine Möglichkeit ist die Formel mit Angabe der Stromstärke, dessen Einheit Ampere ist. Die Einheit für die Ladung ist Coulomb. Mit 1 Coulomb ist die Ladung definiert, die mit 1 Amper in 1 Sekunde durch einen Leitungsquerschnitt fließt.

Die andere Möglichkeit ist die Formel mit der Angabe der Elementarladung und der Anzahl der Elektronen. Jedes Elektron oder Proton hat eine gewisse elektrische Ladung, die man Elementarladung nennt. Multipliziert man die Elementarladung mit der Anzahl der Elektronen, erhält man die elektrische Ladung, die häufig auch Elektrizitätsmenge bezeichnet wird. Daraus ergeben sich folgende Formeln:

Stellt man die Formel auf Stromstärke (I) um, erhält man die Gleichung I = Q : t. Anstelle von Q könnte man auch N · e einsetzen, denn das ergibt ebenfalls die Ladung Q. So ergeben sich folgende Formeln für die Stromstärke.