UNTERSCHIEDE ZWISCHEN WECHSEL- UND GLEICHSTROM? - WISSENSCHAFT - 2025

Der Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom liegt im Wesentlichen in der Art und Weise, wie sich Elektronen in den Drähten bewegen, die ihn tragen. Im Wechselstrom handelt es sich um eine Schwingungsbewegung, während im Gleichstrom die Elektronen nur in eine Richtung fließen: vom negativen zum positiven Pol.

Es gibt jedoch weitere Unterschiede, die von der Erzeugung bis zur Effizienz in Bezug auf Nutzung, Sicherheit und Transport reichen. Jedes hat seine Vor- und Nachteile, so dass die Verwendung des einen oder anderen von der Anwendung abhängt.

	Wechselstrom	Gleichstrom
Stromrichtung	Bidirektional (oszillierend)	Unidirektional (Uniform)
Quelle	Lichtmaschinen	Batterien, Batterien, Dynamos
Quellen elektromotorischer Kraft (EMK)	Oszillierende oder rotierende Leiter oder Leiter bei Vorhandensein eines Magnetfelds.	Elektrochemische Reaktionen in Zellen und Batterien. Geschaltete oder gleichgerichtete Wechselstromgeneratoren mit Dioden
Arbeitsfrequenz	In Haushalts- und Industriegeschäften 50 Hz oder 60 Hz	0 Hz
Betriebsspannung	110 V oder 220 V.	1,5 V; 9 V; 12V oder 24V
Fernübertragungsspannung	Bis zu 380.000 Volt	Es kann nicht über große Entfernungen transportiert werden, da es viele Verluste aufweist
In einem 1-PS-Motor zirkulierende Ampere	Einphasig 110V 60Hz: 16 Ampere	Bei 12 Volt Gleichstrom: 100 Ampere
Maximaler Strom pro Joule Verbrauch	110 V: 0,01 A / J. 220 V: 0,005 A / J.	12 V: 0,08 A / J. 9 V: 0,1 A / J.
Passive Elemente in Schaltkreisen	Impedanzen: -Resistiv -Kapazitiv -Induktiv	-Widerstand
Vorteil	Wenige Verluste beim Transport.	Es ist sicher, weil es Niederspannung ist. In Batterien und Batterien lagerfähig.
Nachteile	Aufgrund der hohen Betriebsspannung nicht sehr sicher.	Es kann nicht über große Entfernungen transportiert werden, da es viele Verluste aufweist
Anwendungen	Inland und Industrie: Waschmaschinen, Kühlschränke, Produktionsstätten.	Tragbare elektronische Geräte: Smartphones, Laptops, Radios, Taschenlampen, Uhren.

Wechselstrom

Es ist nicht möglich, über Wechselstrom zu sprechen, ohne Nikola Tesla (1846-1943) zu erwähnen, den Ingenieur serbokroatischer Herkunft, der ihn erfunden und gefördert hat. Er war derjenige, der die meisten Patente für seine Anwendungen, Transporte und Verwendungen generiert hat.

Alle diese Patente wurden von ihrem Schöpfer an das amerikanische Unternehmen Westinghouse Electric Co übertragen, um die notwendige Finanzierung für seine Experimente und Projekte zu erhalten.

Die ersten Wechselstromtests wurden von einem der Hauptpioniere der Elektrizität durchgeführt: Michael Faraday (1791-1867), der die elektromagnetische Induktion entdeckte und den ersten Wechselstromgenerator baute.

Die Übertragung von Wechselstrom ist wesentlich effizienter. Quelle: Pixabay.

Eine seiner ersten praktischen Anwendungen im Jahr 1855 war die Elektrotherapie mit Wechselstrom zur Aktivierung der Muskelkontraktion. Bei dieser Art der Behandlung war der Wechselstrom dem Gleichstrom weit überlegen.

Später im Jahr 1876 erfand der russische Ingenieur Pavel Yáblochkov ein Beleuchtungssystem auf der Basis von Lichtbogenlampen und Wechselstromgeneratoren. Bis 1883 hatte die österreichisch-ungarische Firma Ganz Works bereits rund fünfzig Wechselstrom-Beleuchtungssysteme installiert.

Teslas Erfindungen

Zu den Hauptbeiträgen von Nicola Tesla zur Entwicklung und Verwendung von Wechselstrom gehört die Erfindung des Elektromotors, der mit Wechselstrom arbeitet, ohne in Gleichstrom umgewandelt werden zu müssen.

Nikola Tesla hat auch den dreiphasigen Strom erfunden, um die Energie für die Produktion und die Infrastruktur für den Stromtransport optimal zu nutzen. Dieses System wird heute noch verwendet.

Transformator

Der andere große Beitrag zur Entwicklung des Wechselstroms war die Erfindung des Transformators. Mit diesem Gerät kann die Spannung für den Ferntransport erhöht und die Spannung für den sichereren Einsatz in Haushalten und in der Industrie gesenkt werden.

Diese Erfindung machte Wechselstrom definitiv zu einer besseren Alternative als ein Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie als das Gleichstromverfahren.

Der Vorläufer des modernen Transformators war ein Eisenkerngerät namens "Sekundärgenerator", das 1882 in London und später in Turin ausgestellt wurde, wo es für die elektrische Beleuchtung verwendet wurde.

Der erste geschlossene Eisenkerntransformator, wie wir ihn heute kennen, wurde von zwei ungarischen Ingenieuren der Firma Ganz in Budapest vorgestellt. Die Patente wurden von Westinghouse Electric Co. gekauft.

Grundcharakteristik des Transformators

Die grundlegende Eigenschaft des Transformators besteht darin, dass der Quotient zwischen der Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung V _S und der Eingangsspannung in der Primärwicklung V _P gleich dem Quotienten zwischen der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung V ₂ geteilt durch die Anzahl der Windungen der ist Primärwicklung Nr. ₁ :

V _S / V _P = N ₂ / N ₁

Durch einfaches Wählen des geeigneten Windungsverhältnisses zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Transformators kann die richtige Ausgangsspannung genau und ohne nennenswerten Leistungsverlust erreicht werden.

Transformator schematisch. Quelle: Wikimedia Commons. KundaliniZero

Das erste kommerzielle Stromverteilungssystem mit Transformatoren wurde 1886 im US-Bundesstaat Massachusetts eingeweiht.

Europa hielt jedoch mit der elektrischen Entwicklung Schritt, da im selben Jahr in Cerchi, Italien, eine Übertragungsleitung auf Basis des neu erfundenen Transformators installiert wurde, die Wechselstrom über eine Entfernung von 30 km bei einer effektiven Spannung von 2000 Volt übertrug. .

Der Transformator war nicht nur eine Revolution auf dem Gebiet der elektrischen Energieübertragung. Auch im Bereich der Automobilindustrie, als es von der Ford Motor Company im Zündspulensystem der Ford Model T Zündkerzen eingesetzt wurde.

Gleichstrom

Gleichstrom wurde 1800 durch die Erfindung des so genannten Voltaic-Pfahls erzeugt, weil sein Erfinder der italienische Physiker Alessandro Volta war, der zwischen 1745 und 1827 lebte.

Obwohl der Ursprung des Stroms nicht gut verstanden wurde, identifizierte der französische Physiker André Marie Ampere (1775-1836) zwei Polaritäten in Voltaikzellen und vermutete, dass der elektrische Strom vom positiven zum negativen Pol floss.

Diese Konvention wird heute noch verwendet, obwohl bekannt ist, dass die Ladungsträger der elektrischen Ladung die Elektronen sind, die vom negativen zum positiven Anschluss genau umgekehrt verlaufen.

Abbildung 4. Gleichstrom wird bequem und bequem in Batterien gespeichert. (pixabay)

Der französische Erfinder Hippolyte Pixii (1808–1835) baute einen Generator, der aus einer Schleife oder einer Drahtschleife bestand, die sich um einen Magneten drehte, wobei er feststellte, dass jede halbe Umdrehung der Stromfluss umgekehrt wurde.

Auf Vorschlag von Ampere fügte der Erfinder einen Kommutator hinzu und so wurde der erste Dynamo oder Gleichstromgenerator geschaffen.

In Bezug auf elektrische Beleuchtungssysteme wurden zwischen 1870 und 1880 Lichtbogenlampen verwendet, die entweder Gleich- oder Gleichstrom mit hoher Spannung benötigten.

Es ist bekannt, dass Hochspannung für den Hausgebrauch sehr unsicher ist. In diesem Sinne machte der amerikanische Erfinder Thomas Alva Edison (1847-1931) die Verwendung von Elektrizität für Beleuchtungszwecke sicherer und kommerzieller. Edison perfektionierte die Glühbirne 1880 und machte sie rentabel.

Der Krieg der Strömungen: AC vs DC

So wie Nikola Tesla der Promotor des Wechselstroms war, war Thomas Alva Edison der Promotor des Gleichstroms, weil er es für sicherer hielt.

Auch um die Verwendung von Wechselstrom für kommerzielle Zwecke zu unterbinden, hat Edison den elektrischen Wechselstromstuhl erfunden, damit die Öffentlichkeit seine Gefahr für das menschliche Leben versteht.

Zunächst arbeitete Nikola Tesla bei der Edison Electric Power Company und leistete verschiedene Beiträge zur Verbesserung von Gleichstromgeneratoren.

Abbildung 5. Von rechts nach links Henry Ford, Thomas Edison, US-Präsident Warren G. Harding und Harvey S. Firestone, 1921, über Wikimedia Commons.

Da Tesla jedoch von den Vorteilen des Wechselstroms im Hinblick auf Transport und Verteilung überzeugt war, dauerte es nicht lange, bis die Unterschiede zu Edison diese beiden starken Persönlichkeiten in Konflikt brachten. So begann der Krieg der Strömungen: AC vs. DC.

Die Vorteile der Wechselstromübertragung und der ersten Interurban-Wechselstromverteilungssysteme im Jahr 1891 führten dazu, dass Edison, der sich hartnäckig weiterhin für Gleichstrom einsetzte, die Präsidentschaft und die Leitung des von ihm gegründeten Unternehmens verlor, das vorüberging General Electric Company genannt werden.

Nikola Tesla gewann diesen Krieg auch nicht, denn schließlich wurden George Westinghouse und die Aktionäre seines Unternehmens Millionäre. Tesla, der von der Idee besessen war, elektrische Energie über große Entfernungen ohne Kabel zu übertragen, wurde arm und vergessen.

Hochspannungsgleichstrom

Die Idee, Gleichstrom für die Stromverteilung über große Entfernungen zu verwenden, wurde nicht vollständig verworfen, da solche Systeme in den 1950er Jahren entwickelt wurden.

Das NorNed-Kabel, das Norwegen mit den Niederlanden verbindet, ist heute das längste U-Boot-Kabel der Welt für den Transport elektrischer Energie und verbraucht Gleichstrom von 450.000 Volt.

Abbildung 6. Route des U-Boot-Kabels NorNed zwischen den Niederlanden und Norwegen, das Gleichstrom durch die Nordsee führt. Quelle: Wikimedia Commons.Michiel1972

Die Verwendung von Wechselstrom für Unterseekabel ist nicht geeignet, da Meerwasser ein ausgezeichneter Stromleiter ist und ein Wechselstrom-Unterseekabel Wirbelströme in Salzwasser induziert. Dies würde große Verluste der elektrischen Energie verursachen, die übertragen werden soll.

Hochspannungsgleichstrom wird heute auch verwendet, um elektrische Züge über Schienen anzutreiben.

Verweise

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