Wirkung des elektrischen Stromes


Die bisher beschriebenen Vorgänge im elektrischen Stromkreis entziehen sich der unmittelbaren Wahrnehmung durch die menschlichen Sinnesorgane. Dass in einem Leiterkreis ein elektrischer Strom fließt, kann man nur an den Wirkungen erkennen, die in Teilen der Strombahn oder in ihrer Umgebung auftreten.

Technisch wichtig sind vor allem die Wärmewirkung, die magnetische Wirkung und die chemische Wirkung.


Wärmewirkung

Wenn ein dünner Draht zwischen zwei Fußklemmen gespannt ist, erwärmt er sich, wenn Strom durch ihn fließt, und zeigt die für die Erwärmung charakteristische Ausdehnung, die an der Durchbiegung des Drahtes erkennbar ist. Bei starken Strömen wird der Draht glühend und schmilzt schließlich durch

Die Wärmewirkung des elektrischen Stromes ist unabhängig von der Stromrichtung.

Die Wärmewirkung tritt deshalb bei Gleich- und Wechselstrom auf. Sie wird in den zahlreichen, bekannten Wärmegeräten für den Haushalt technisch ausgenutzt.

Die Stromwärme in metallischen Leitern wird durch den Widerstand verursacht, den die Ladungsträger überwinden müssen, wenn sie durch das Atomgitter des Leiters getrieben werden, und entspricht der Reibungswärme bei der mechanischen Bewegung. Sie tritt deshalb in allen Leitern auf.

Während eine starke Wärmewirkung des elektrischen Stromes in den elektrischen Wärmegeräten beabsichtigt ist, ist sie in den Anschluss Leitungen der elektrischen Geräte und in den Wicklungen der Maschinen und Transformatoren unerwünscht, weil die in Wärme gewandelte elektrische Energie dem beabsichtigtem Verwendungszweck verloren geht .In diesem Sinn bezeichnet man die Stromwärme als Wicklungsverluste oder Kupferverluste in den Wicklungen elektrischer Maschinen.

Eine sehr wichtige Rolle spielt die Wärmewirkung des elektrischen Stromes beim Schutz elektrischer Leitungen gegen Überlastung durch Schmelzsicherungen.


Magnetische Wirkung

Eine freischwingende Magnetnadel stellt Sich unter dem Einfluss des magnetischen Erdfeldes in die Nord-Südrichtung ein, Hält man über die Magnetnadel einen stromführenden geradlinigen Leiter, so wird sie aus ihrer Nord-Südrichtung abgelenkt.

In Spulen mit vielen Windungen verstärkt Sich die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes so, dass die in ihnen auftretenden magnetischen Kräfte technisch verwertbar sind, In Walzwerken und anderen Betrieben der Schwerindustrie verwendet man z. B. zum Sortieren von Schrott, zum Auf- und Abladen von Stahlblöcken den Lasthebemagnet. Seine Wirkung beruht darauf, dass ein mit einer Spule umwickelter Eisenkern magnetisch wird, wenn durch die Spule ein elektrischer Strom fließt, und dass er seinen Magnetismus verliert, wenn der Strom unterbrochen wird.

Durch die magnetischen Kräfte stromdurchflossener Spulen werden unter anderem auch der Klöppel der elektrischen Klingel und der Anker im Elektromotor bewegte.


Chemische Wirkung

Von den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle werden zwei Drähte in ein mit angesäuertem Wasser gefülltes Gefäß eingeführt. Man beobachtet, dass an den beiden Drähten Gase aufsteigen. Eine Untersuchung der Gase ergibt, dass sich an dem mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbundenen Draht Wasserstoff, an dem mit dem positiven Pol verbundenen Draht Sauerstoff abscheidet.

Angesäuertes Wasser wird durch den elektrischen Gleichstrom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Ersetzt man das angesäuerte Wasser durch eine Kupfersulfatlösung, die in das Gefäß eingeführten Drähte durch Kohlestifte, so schlägt Sich an dem mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbundenen Kohlestift Kupfer aus der Lösung nieder.

In Flüssigkeiten, in denen Metallsalze gelöst sind, scheidet der elektrische Gleichstrom am negativen Pol das Metall aus der Lösung ab.

Aus den Versuchen folgt :

  1. Der Vorgang der Elektrizitätsleitung in Flüssigkeiten kann mit einer chemischen Zersetzung der Flüssigkeit verbunden sein.

  2. Die chemische Wirkung des elektrischen Gleichstromes ist an den beiden Polen verschieden, also von der Stromrichtung abhängig.

  3. Aus Metallsalzlösungen scheidet der Gleichstrom am negativen Pol das Metall ab. Vergleicht man die Stoffmengen, die von einem konstanten Gleichstrom bei verschiedener Einschaltdauer des Stromes aus einer leitenden Flüssigkeit abgeschieden werden, so findet man, dass diese Stoffmengen sich in dem gleichen Verhältnis ändern wie die Einschaltdauer des Stromes.
Die vom elektrischen Strom in leitenden Flüssigkeiten abgeschiedenen Stoffmengen Sind bei gleichbleibendem Strom der Stromdauer proportional.

Mit der Stromdauer ändert sich aber bei einem konstanten Gleichstrom auch die Zahl der die Flüssigkeit durchströmenden Ladungsträger in gleichem Verhältnis und da jedes Elektron der Träger der gleichen Elementarladung ist auch die von den Ladungsträgern transportierte Elektrizitätsmenge. Somit ist die Stoffmenge, die ein konstanter Gleichstrom aus einer leitenden Flüssigkeit abscheidet, der durch die Flüssigkeit transportierten Elektrizitätsmenge proportional.