Stromquellen

Damit ein elektrischer Strom fließen kann, muss eine elektrische Spannung existieren. Diese wird von einer Stromquelle bereitgestellt.

Stromquellen mit Gleichspannung

Da viele elektronische Bauteile ausschließlich mit Gleichspannung funktionieren, haben Gleichstromquellen eine besondere Bedeutung.

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Schaltzeichen einer Stromquelle mit Gleichspannung.

SVG: Schaltzeichen Stromquelle (Gleichspannung)

Am Minuspol einer Stromquelle besteht ein Elektronenüberschuss, am Pluspol ein Elektronenmangel. Beide Zustände werden durch Vorgänge im Inneren der Stromquelle erzeugt bzw. aufrecht erhalten.

Batterien

Batterien haben chemische Energie im Inneren gespeichert und sind in der Lage, diese in Form von elektrischer Energie freizusetzen. Entladene Batterien, deren gespeicherte Energiemenge verbraucht ist, müssen an einer Wertstoff-Sammelstelle abgegeben oder in speziell dafür aufgestellte Sammelboxen geworfen werden.[1] Auf diese Weise können die Bestandteile der Batterie (weitgehend) recyclet werden, und es gelangen zumindest weitaus weniger Giftstoffe in die Umwelt.

Batterien können nicht wieder aufgeladen werden und weisen somit gegenüber Akkumulatoren sowohl aus wirtschaftlicher wie aus ökologischer Sicht erhebliche Nachteile auf. Sie werden normalerweise nur dann in mobilen Bereichen eingesetzt, wenn eine vergleichsweise höhere Speicherkapazität und/oder eine geringfügig höhere Leistungsabgabe zwingend erforderlich sind.

Akkumulatoren

Akkumulatoren (auch “Akkus genannt) sind “wiederaufladbare Batterien”. Beim Aufladen wird elektrische Energie in Form von chemischer Energie durch die Umwandlung von Stoffen im Inneren des Akkus gespeichert. Beim Entladen läuft der chemische Prozess in umgekehrter Richtung ab, und es wird elektrische Energie freigegeben.

Beispiel:

  • Blei-Akkumulator:

    Im ungeladenen Zustand bestehen die Platten aus Bleisulfat (\ce{PbSO4}). Beim Aufladen reagiert die positive Elektrode zu Bleioxid (\ce{PbO2}) und die negative Elektrode zu Blei (\ce{Pb}). Als Elektrolyt wird verdünnte Schwefelsäure verwendet.

    Die Spannung je Zelle beträgt etwa \unit[2]{V}. In handelsüblichen Blei-Akkumulatoren sind meistens sechs Zellen in einer Reihenschaltung miteinander verbunden, so dass an den Anschlüsssen eine Spannung von \unit[12]{V} abgegriffen werden kann.

Netzteile

Für stationäre Anwendungen haben (kabelgebundene) Netzteile mehrere Vorteile gegenüber Batterien oder Akkumulatoren: Sie müssen nicht ausgetauscht werden, und liefern stets zuverlässig (ohne Entladungs-Erscheinungen) die gewünschte Spannung.

Gleichspannungs-Netzteile (“DC” bzw. “Direct Current”) bestehen normalerweise aus einem Transformator, einem (Brücken-)Gleichrichter, einem Spannungsregler und einigen Kondensatoren. Je nach Typ des eingebauten Spannungsreglers liefern Netzteile eine feste oder einstellbare Ausgangs-Spannung.

Solarzellen

Solarzellen werden, häufig in Kombination mit Akkumulatoren, sowohl in stationären wie in mobilen Anwendungsbereichen mit geringem Stromverbrauch eingesetzt. Je nach Modulgröße liefern sie unterschiedlich hohe Spannungen bzw. Stromstärken.

Stromquellen mit Wechselspannung

Haushalts-Steckdosen stellen eine Wechselspannung von \unit[230]{V} bereit, wobei die zulässige Stromstärke durch Sicherungen meist auf \unit[16]{Ampere} begrenzt ist – es kann somit eine maximale elektrische Leistung von \unit[230]{V} \cdot \unit[16]{A} = \unit[3680]{W} abgegriffen werden. Die Spannung wird in Kraftwerken mittels Generatoren (oder mittels Solarzellen und Wechselrichtern) erzeugt und – nach eine Spannungsanpassung – über (Hoch-)Spannungsleitungen an die jeweiligen Orte übertragen.

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Schaltzeichen einer Stromquelle mit Wechselspannung.

SVG: Schaltzeichen Stromquelle (Wechselspannung)

Während elektrische Experimente mit “Netzspannung” aufgrund der hohen elektrischen Leistung lebensgefährlich (!!) sind, kann die Wechselspannung des Stromnetzes (230 V) mittels eines Transformators einfach auf eine geringere Spannung eingestellt werden. Je nach Bauweise können sich Transformatoren entweder direkt in den Geräten befinden (z.B. in Fernsehgeräten, Radios usw.), oder in Form von separaten Netzteilen vorliegen (z.B. bei Notebooks).

Auch für Elektronik-Versuche mit Wechselspannung sollte stets ein geeignetes Wechselspannungs-Netzteil (“AC” bzw. “Alternating Current”) verwendet werden.

Anmerkungen:

[1]In Deutschland ist jeder Batterien-Händler gesetzlich dazu verpflichtet, entladene Batterien wieder zurück zu nehmen und diese an einer Wertstoff-Sammelstelle abzugeben.