Der griechische Philosoph Demokrit begründete im 5. Jahrh. v.Chr. die Lehre der Atomistik. Danach erfüllt die Materie nicht stetig den Raum, sondern besteht aus kleinsten, unteilbaren Teilchen, den Atomen (grch. atomos „unteilbar“). Das Atom ist somit der kleinste Teil eines chemischen Grundstoffs, der nicht weiter geteilt werden kann, ohne seine chemischen Eigenschaften zu verlieren.

Die Atome bestehen aus Atomkern und Atomhülle und sind nach außen elektrisch neutral. Der Atomkern selber setzt sich aus den elektrisch neutralen Neutronen und den positiv geladenen Protonen zusammen und hält fast die gesamte Masse des Atoms. Die Hülle mit ihrem im Vergleich zum Kern riesigen Radius besteht aus Elektronen.

Elektronen sind negativ geladene Elementarteilchen und wurden erstmals vom englischen Physiker Thomson (1856 bis 1940) nachgewiesen. Elektronen bewegen sich frei in Metallen und sind somit als Träger der negativen Ladung die Ursache für die elektrische Leitfähigkeit von Metallen.

Ein elektrisches Feld ist eine Eigenschaft des Raums (also ein Vektor) und dann vorhanden, wenn auf eine elektr. Probeladung q an irgendeinem Punkt des Raumes eine Kraft F(x,y,z) ausgeübt wird. Dies wird durch die elektr. Feldstärke E beschrieben:

F(x,y,z) = q * E(x,y,z).

Wir vereinbaren, dass E(x,y,z) in Richtung einer positiven Probeladung zeigt.

Damit haben wir die Basis geschaffen, die physikalische Größe elektrische Spannung (Einheit: V, Volt) zu definieren: Sie ist gleich der Arbeit, die aufgewendet werden muss, um eine positive Probeladung von einem Punkt des elektr. Feldes zu einem anderen Punkt zu bewegen.

Gleichspannungen haben eine ständig gleichbleibende Polarität und Größe, während periodische Wechselspannungen fortlaufend Polarität und Größe mit einer bestimmten Frequenz f ändern. Für unsere Haushaltsspannungen gilt: U=230V und f=50Hz.

Dabei ist die Frequenz die Anzahl der Schwingungen in einer Zeiteinheit und wird in Hz gemessen.

Betrachten wir eine rein mathematische Sinusschwingung, so benötigt man für eine Periode T gerade die Zeit 2 * φ. Nach f=1/T ist somit die Frequenz f =1/(2 * φ).

Verbinden wir zwei Punkte unterschiedlicher Potentiale (Spannungen) elektrisch leitend miteinander, bewegen sich die Elektronen aufgrund des Spannungsunterschiedes vom Minus- zum Pluspol.

Den elektrischen Strom definiert man allgemein über die Stromstärke I (Einheit: A, Ampere). Das ist die pro Zeiteinheit fließende Anzahl von Elektronen oder die pro Zeiteinheit bewegte Ladung q. Somit liegt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Strom

I=(q(t1)-q(t2))/(t1-t2)

an. Mathematisch infinitesimal gesprochen ist die Stromstärke I die erste Ableitung von q, also

I(t) = dq(t)/dt.

Während die physikalische Stromrichtung die Bewegung der Elektronen vom Minus-Pol (Elektronenüberschuss) zum Plus-Pol (Elektronenmangel) beschreibt, ist die technische Stromrichtung von Plus nach Minus definiert.

Gleichstrom (engl. direct current, DC) bezeichnet einen zeitlich konstanten Strom.

Wechselstrom (engl. alternating current, AC) wechselt - wie der Name schon sagt - periodisch seine Stromrichtung, in Deutschland mit einer Frequenz von 50Hz.

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