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Originalzitate aus der 2a der HLW Rankweil - auf die Frage „Wie hat dir der Workshop gefallen?“
„Der Workshop hat mir gut gefallen, weil wir die Sachen selbst ausprobieren konnten“
„Gut und interessant gemacht. Nicht nur Theorie, sondern viel Praktisches.“
„Ich fand ihn sehr cool. Es ist eine gute Abwechslung zum Unterricht. Das Thema Strom ist sehr interessant.“
„Sehr gut. Man hat es sehr toll gemacht und alles ziemlich verständlich erklärt“
„Sehr gut! Ich finde es gut, dass man auch „Experimente“ macht.
„Sehr interessant. Ausführliche Unterlagen. Gut erklärt.“
Stopp - da war es, was wir immer schon hören wollten: bei Statement Nr. 3 der Zusatz: „Das Thema Strom ist sehr interessant.“ Ein schöneres Feedback bekommen Naturwissenschaftliche Themen nur sehr selten zu hören…
Was ist Energie?
Na ja – dass die Workshopteilnehmer Einsteins geniale Formel E=mc² aufsaugen und nachhaltig verinnerlichen – so optimistisch sind wir nicht, aber wir versuchen, zu verklickern, dass Energie in unterschiedlichster Form vorhanden und gespeichert ist und dass man für die Erzeugung elektrischen Stroms eine dieser Energieformen nutzen und umwandeln muss. Diese Energie kann aus Brennstoffen (Kohle, Öl), Wind, Sonne, Atomenergie, Energie des Wassers usw. kommen.
Was ist Strom?
Auch dabei handelt es sich um Basiswissen, das vorhanden sein muss, um die ganze Sache zu verstehen: Strom fließt, wenn sich geladene Teilchen bewegen. Meistens handelt es sich dabei um negativ geladene Elektronen, da diese die kleinsten geladenen Teilchen sind.
Was benötigt man alles, um Energie in Strom umzuwandeln?
1. Ein Material, welches eben über diese frei bewegliche Elektronen verfügt
Um dieses Rätsel zu lösen, widmen wir uns im Workshop kurz den verschiedenen chemischen Bindungen, um aufzuklären, dass das nur mit der Metallbindung – nur
hier herrscht Elektronenüberschuss – möglich ist.
2. Etwas, das die freien Elektronen in Bewegung versetzt
Hier landen wir beim Magnetismus: bewegt man einen Magneten um ein Metall, so bewegen sich die Elektronen in diesem Metall mit. Das Ganze funktioniert aber auch umgekehrt – fließen in einem Draht Elektronen (fließt also Strom), dann erzeugen diese in einem umliegenden Eisenstück ein Magnetfeld. Man bezeichnet dieses Phänomen als Induktion – man kann mit einem bewegten Magneten in einem umliegenden elektrischen Leiter einen Stromfluss auslösen aber auch mit bewegten Elektronen (Strom) ein Magnetfeld erzeugen.
3. Energie, die den Magneten in Bewegung versetzt
Dazu nutzt man verschiedenste Energieformen, die dann eine Turbine in Rotation versetzen: Bei Flusskraftwerken die Fließgeschwindigkeit des Wassers, bei Windkraftwerken die Kraft des Windes, bei Kohle-, Gas-, Öl- oder Atomkraftwerken erzeugt man Wasserdampf, der die Turbine antreibt.
Die Turbine versetzt einen Magneten in einem Generator in Rotation – der sich drehende Magnet löst durch Induktion in den Spulen – den aufgewickelten Metalldrähten im Generator - einen Elektronenfluss und somit einen Stromfluss aus.
Was benötigen wir, um den Strom in die Steckdose zu bringen?
Auch das ist eine zentrale Frage, der wir uns im Workshop stellen.
Im Generator des Kraftwerks wird der Strom erzeugt, mit Hilfe von Transformatoren wird er so umgewandelt, dass er transportiert werden kann. Erhöht man die Spannung, dann sinkt die Stromstärke und umgekehrt. Da bei hoher Stromstärke viel Wärme erzeugt wird, welche beim Transport des Stroms dann verloren ginge, wird für den Transport des Stroms die Spannung stark erhöht (Hochspannung), um die Stromstärke niedrig zu halten – und der Strom in Hochspannungsleitungen über weite Strecken transportiert werden kann. Ist er am Zielort angekommen, wird er in so genannten Umspannwerken wieder mit Hilfe von Transformatoren in niedrigere Spannungen – und somit höhere Stromstärken – umgewandelt und vom Umspannwerk dann an die umliegenden Gemeinden und Haushalte verteilt.
Trafos funktionieren ebenfalls mit dem Prinzip der Induktion und bestehen aus zwei nicht miteinander verbundenen Spulen, die einen gemeinsamen Eisenkern haben. Der Strom kommt mit einer gewissen Spannung und Stromstärke zur ersten Spule, was in dem gemeinsamen Eisenkern ein Magnetfeld auslöst, dies induziert in der 2. Spule dann wiederum Strom mit bestimmter Spannung und Stromstärke. Über die Anzahl der Windungen der Spulen kann das gewünschte Verhältnis reguliert werden
Wie gewinnt man Strom möglichst umweltschonend?
Eine Frage der für die Zukunft. Das Hauptproblem bei der Stromerzeugung ist, dass dabei meistens sehr viel CO2 produziert wird - vor allem bei der Stromerzeugung mit Kohle, Gas und Erdöl. Dieses Gas ist hauptverantwortlich für die Erderwärmung – im Rahmen des Workshops dürfen Alternativen dazu natürlich nicht fehlen.