Autoelektrik (Startseite) Grundlagen der Elektrotechnik Arten der Spannungserzeugung

Reibung Thermoelektrizität Galvanisches Element Induktion Piezoelement Fotoelektrisch

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Reibung

Thermoelektrizität

Die Reibungselektrizät ist die älteste beobachtete Elektrizizätsform überhaupt, jedoch ohne dass in historischen Zeiten die richtigen Erklärungen möglich gewesen wären.Der Blitz ist ein sehr eindrucksvolles Beispiel einer elektrischen Entladung, zu der es nur kommen kann, wenn vorher eine hohe Spannung von etwa 1Mrd. Volt zwischen zwei Wolken bzw. einer Wolke und der Erde aufgebaut wurde. Diese Spannung entsteht durch Reibung innerhalb verschiedener Luftschichten bzw. zwischen Luft und Erde. (Die Stromstärke liegt dabei in der Größenordnung von 20000A bei einer Dauer von 1 ms.)

Andere Alltagserfahrungen zur Reibungselektrizität sind :

1. der knisternde Pullover beim Ausziehen, evtl. sogar mit im Dunkeln sichtbaren Funken


2. die elektrostatische Anziehung zwischen Kunststofflineal und Löschpapierschnipseln


3. einen aufgeblasenen Luftballon kann man zwar nicht an die Wand nageln, aber durch Reibung an der Wand "ankleben"


4. bei trockenem Wetter kann man sich leicht "einen fangen", wenn man nach einer Autofahrt aussteigt und die Tür zuschlagen will


5. Funkenüberschlag an der Tankklappe von Kraftfahrzeugen führten bereits zu bösen Unfällen


6. Erdung von Tanklastzügen vor dem Laden u. Entladen soll gerade solche Funkenbildung verhindern


7. Bandgeneratoren erzeugen durch Reibung Spannungen bis zu 150000V zum Experimentieren

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Die frühen Experimente der Griechen mit geriebenem Bernstein (Elektron) gaben der ganzen Fachrichtung ihren Namen.

Reibung

Thermoelektrizität

Galvanisches Element

Schweißt man zwei Drähte aus unterschiedlichen Materialien an deren beiden Enden zusammen und bringt diese beiden Schweißstellen auf unterschiedliche Temperaturen, so fließt in diesem geschlossenen Stromkreis ein Strom. Es muss also eine Spannung vorhanden sein. Tatsächlich kann man mit einem Voltmeter die sogenannte Thermospannung messen.
Die Thermospannung eines solchen Thermoelements hängt von der Metallpaarung der verschweißten Drähte und von der Temperaturdifferenz der beiden Schweißstellen ab.
Für kleine Temperaturbereiche nimmt die Thermospanung linear mit der Temperaturdifferez zu:

U = A+B*Delta T

U Spannung, A konstanter Spannungswert, B Empfindlichkeit des Thermoelements (in V/K), Delta T Temperaturdifferenz (in K)
Diese Eigenschaft nutzt man zu Temperaturmessung aus. Dabei sind folgende Elementpaarungen üblich:

1. Kupfer-Konstantan im Temperaturbereich bis 600 °C mit maximal 34 mV


2. Eisen-Konstantan im Temperaturbereich bis 900 °C mit maximal 53 mV


3. Nickel- ChromNickel im Temperaturbereich bis 1200 °C mit maximal 49 mV


4. Platin- PlatinRhodium im Temperaturbereich bis 1600 °C mit maximal 17 mV

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In Kraftfahrzeugen spielen Thermoelemente bisher keine Rolle.
Erwähnt werden soll hier aber noch, dass der Thermoelektrische Effekt umkehrbar ist:
Schließt man ein Thermoelement nicht an eine Messgerät sondern an eine Gleichspannugsquelle an, so fließt natürlich Strom. Dabei erwärmt sich die eine Schweißstelle, während sich gleichzeitig die andere abkühlt. Diese Peltierelemente findet man z.B. in Kühlboxen eingebaut, anschließbar an 12V Batteriespannung.

Thermoelektrizität

Galvanisches Element

Seitenende

galvanische Elemente

Galvanisches Element

Induktion

Piezoelement

Bewegt man einen Dauermagneten in einer Spule, so wird in der Spule eine elektrische Spannung erzeugt (induziert).

Bei diesem Versuch lässt sich beobachten, dass die induzierte Spannung ums größer ist,

1. Je schneller der Magnet bewegt wird
   


2. Je mehr Windungen vom Dauermagneten beeinflusst werden
   


3. Je kräftiger der Dauermagnet ist

Ändert sich der Magnetische Fluss durch eine Spule, so wird in dieser Spule eine Spannung induziert.

U = -N * d Phi/dt

1. Generatoren
   


2. Induktivgebern
   


3. Zündspule
   


4. der Selbstinduktion, immer wenn eine Spule ein- oder abgeschaltet wird

Induktion

Piezoelement

Fotoelektrisch

Ein Quarzkristall hat ein hexagonales Gitter, das aus negativ geladenen Sauerstoff- und positiv geladenen Silizium-Ionen besteht.



Im unbelasteten Zustand (oberes Bild) sind die Ionen so angeordnet, dass sich ihre Ladungen an den Oberflächen des Kristalls gerade gegenseitig ausgleichen.



Presst man den Kristall in der x1-Richtung zusammen, so wird das vorher regelmässige Sechseck gestaucht und die Ionenanordnung ist nicht mehr gleichmässig. Insbesondere erkennt man im unteren Bild, dass an der oberen Oberfläche negative und an der unteren Oberfläche positive Ladungen überwiegen. Verbindet man diese beiden Oberflächen mit Elektroden, so lässt sich eine Spannung entnehmen. Die Stauchung ist hier sehr übertrieben dargestellt. Tatsächlich wird ein solcher Kristall bei Druckbeanspruchung nur um einige Micrometer gestaucht. Es entstehen dabei aber Piezospannungen in der Größenordnung von 1000 V.



Außer Quarz zeigt z.B. z.B. auch Turmalin diese Eigenschaft.

Der Effekt lässt sich auch umkehren: Legt man an die Oberflächen eines geeignet geschliffenen Quarzkristalls eine Spannung, so verformt sich der Kristall. Der Verformungsgrad hängt dabei nicht von der Kristallschichtdicke ab, sondern nur von der angelegten Spannung. Unter Wechselspannung verformt sich der Kristall entsprechend periodisch und sendet eine Schallwelle aus.



Einsatzmöglichkeiten für solche Piezoelemente:

1. Klopfsensor
   



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2. Zündfunkenerzeugung in Feuerzeugen
   



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3. Lautsprecher (Hochtöner) und Ultraschallsender u. -empfänger
   



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4. Schwingquarze in Uhren und Computern als Zeittaktgeber
   



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5. Einspritzventilbetätigung bei Pumpe-Düse Dieselmotoren und bei Common Rail Dieselmotoren
   



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6. Klemmgeber zur Drehzahlerfassung bei Dieselmotoren über die Druckänderungen in den Hochdruckeinspritzleitungen
   



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7. Kraftsensor in Platten von Plattenbremsprüfständen
   



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8. evtl. vollelektrische Steuerung von Einlass- u. Auslassventilen als Vision

Piezoelement

Fotoelektrisch

Seitenende

Spezielle Halbleiterbauteile wie z.B. Solarzellen geben unter Lichteinfall eine elektrische Spannung ab. Angeschlossene Verbraucher können so mit elektrischer Energie versorgt werden.Während die Spannung einer solchen Zelle etwa 0,5V beträgt, hängt der entnehmbare Strom von der Zellengröße und vom Lichteinfall ab. Bei Bedarf können Zellen in

1. Lichtschranken bestehend aus einer Leuchtdiode und einem Fotoelement zur Drehzahlerfassung, Positionsbestimmung Stückzahlbestimmung
   



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2. Solarstandventilatoren zur Innenraumbelüftung eines in der Sonne parkenden Autos
   



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3. Solarmodule in Batterieladesystemen auf Wohnmobilen, Schiffen, ...
   



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4. Solarmodule für Parkgeldautomaten
   



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5. Solarmodule zur Nutzung der Sonnenenergie zur umweltfreundlichen Stromproduktion.

Quickstart

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