Wechselstrom gegen Gleichstrom und der Krieg der Strömungen
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Wechselstrom gegen Gleichstrom und der Krieg der Strömungen



Viele von uns verstehen nicht wirklich, wie Elektrizität funktioniert. Es ist genug, dass es funktioniert – Sie drehen den Schalter und das Licht im Raum geht an. Es mag daher überraschen zu erfahren, dass es tatsächlich zwei verschiedene Arten von Elektrizität gibt, mit denen wir die vielen Geräte in unserem Leben mit Strom versorgen. Sie sind als Wechselstrom und Gleichstrom oder als Wechselstrom und Gleichstrom bekannt (nicht die Rockband der 70er Jahre).

Im einfachsten Sinne fließt Gleichstrom nur in eine Richtung, während Wechselstrom hin und her fließt. Zum Beispiel wird eine Taschenlampe mit Gleichstrom betrieben, wobei die Ladung von der Batterie kommt und die Glühbirne mit Strom versorgt. Eine Deckenleuchte in Ihrem Haus verwendet dagegen Wechselstrom, dessen Polarität sich ständig ändert, wenn sie durch das elektrische System Ihres Hauses fließt.

Aber warum brauchen wir zwei verschiedene Arten von Elektrizität und wie wurden diese Duellsysteme entwickelt? Die Antwort liegt in einer erbitterten Rivalität zwischen zwei der berühmtesten Erfinder der amerikanischen Geschichte.

Die Ursprünge des Gleichstroms

Vor den 1870er Jahren verließen sich die Menschen auf Gaslampen, Kerzen oder Laternen, um ihre Umgebung nachts zu beleuchten. Es gab Fortschritte bei rudimentären Batterien und elektrischer Beleuchtung, aber nichts Praktisches genug für den täglichen Gebrauch. Das änderte sich, als Thomas Edison 1879 eine Glühbirne erfand, die weitaus zuverlässiger war als alles, was zuvor gekommen war.

Mit Glühbirnen bot sich die Gelegenheit, Häuser und sogar ganze Städte mit Strom zu versorgen, und Edison hatte den Blick darauf gerichtet, den aufkeimenden Markt in die Enge zu treiben. Seine Glühbirnen wurden mit Gleichstrom betrieben, der von als Dynamos bekannten Kraftwerken erzeugt wurde, die Dampfmaschinen zur Stromerzeugung verwendeten. Der Erfinder leitete in den 1880er Jahren die Implementierung zahlreicher Gleichstrom-Kraftwerke in New York City über seine Firma Edison Electric, einen Vorgänger von General Electric.

Elektrisches Licht in Haushalten und Unternehmen war eine Offenbarung, aber die Verwendung von Gleichstrom hatte auch Nachteile. Der Strom kam direkt von der Erzeugungsanlage mit 110 Volt und konnte nur ungefähr eine Meile oder so zurücklegen, bevor er zu viel Spannung verlor. Das bedeutete, viele wertvolle Immobilien in der Stadt für den Bau von Kraftwerken zu nutzen, während ländliche Gemeinden von der Machtrevolution völlig ausgeschlossen waren.

Wechselstromanstieg

Einer von Edisons Mitarbeitern, ein junger Mann namens Nikolai Tesla, hatte die Idee, einige der Nachteile des Gleichstroms anzugehen. Tesla hatte einen Motor erfunden, der Wechselstrom erzeugte. Wechselstrom wird in geeigneter Weise unter Verwendung eines Wechselstromgenerators erzeugt, der einen Magneten in einer Drahtspule dreht, wodurch Elektrizität mit ständig wechselnder Polarität erzeugt wird, wenn der Draht mit alternativen Seiten des Magnetfelds interagiert.

Über die neuartige Form der Elektrizität hinaus waren Transformatoren oder Spulen unterschiedlicher Größe der Schlüssel zu Teslas Idee, um die Spannung der Elektrizität zu modifizieren. Dank der Leistung von Transformatoren wurde Wechselstrom für die Erzeugung und Verteilung in großem Maßstab vorteilhaft, da die Übertragung umso effizienter ist, je höher die Spannung ist. Hochspannungsleitungen sind zu gefährlich, um sie in ein Gebäude zu bringen, aber durch einen Transformator kann die Spannung auf ein sichereres Niveau reduziert werden, wenn sie sich ihrem endgültigen Bestimmungsort für Wohnungen und Büros nähert.

Die Gleichspannung konnte nicht leicht geändert werden, so dass sie sich für skalierte Vorgänge als weitaus weniger nützlich erwies, da Sie die Wahl haben, entweder mit einer niedrigen, ineffizienten Spannung zu senden oder gefährlich hohe Voltpegel in die Häuser von Menschen zu senden.

Der Krieg der Strömungen

Trotz des Versprechens, das Teslas Erfindungen zeigten, war Edison nicht daran interessiert, bei der Entwicklung der Technologie mitzuwirken, also ging Tesla, um sich selbstständig zu machen. Das Ergebnis war eine Reihe von Patenten, die er 1888 an George Westinghouse, den Gründer der Westinghouse Electric Company, verkaufte.

Die Unternehmen von Westinghouse und Edison kämpften heftig um die lukrativen Rechte zur Elektrifizierung amerikanischer Städte in einem Wettbewerb, der als “Krieg der Strömungen” bezeichnet wurde. Edison startete eine Lobbykampagne, in der die Gefahren von Wechselstrom hochgespielt wurden, um die Verbreitung von Teslas Erfindung zu verhindern. Um zu demonstrieren, dass Wechselstrom buchstäblich tödlich sein kann, erfanden die Mitarbeiter von Edison einen elektrischen Wechselstromstuhl, mit dem der Staat New York verurteilte Gefangene hinrichtete. Edison machte sogar öffentliche Demonstrationen von Stromschlägen streunender Tiere mit Wechselstrom, um die Öffentlichkeit vom rivalisierenden System abzuhalten.

Der Wettbewerb spitzte sich auf der Weltausstellung 1893 in Chicago zu, als Tesla den Auftrag zur Stromversorgung der Veranstaltung erhielt. Der entscheidende Schlag kam drei Jahre später, als George Westinghouse die Niagarafälle nutzte, um einen Wechselstromgenerator anzutreiben, der 1896 26 Meilen Strom nach Buffalo brachte. Damit hatte Wechselstrom seine Nützlichkeit bewiesen und dominierte den Elektrizitätssektor, als die Lichter kamen in den Häusern in den Vereinigten Staaten in den Jahren und Jahrzehnten.

Wechsel- und Gleichstromerzeugung heute

In den letzten Jahrzehnten ist die Technologie zur Erzeugung und Übertragung von Hochspannungsgleichstrom (HGÜ) auf den Markt gekommen und arbeitet in einigen Fällen effizienter als Wechselstrom, aber Wechselstrom ist immer noch der überwältigende Sieger im Stromnetz.

Die meisten Kraftwerkstypen basieren auf den gleichen Grundprinzipien wie der Generator von Tesla und erzeugen mithilfe eines rotierenden Magnetfelds Wechselstrom. Kohle-, Gas- und Kernkraftwerke erwärmen Wasser und drehen den Generator mit Dampf, während Wasserkraft- und Windkraftanlagen die Kraft der Natur nutzen, um die Turbinen direkt anzutreiben.

Sonnenkollektoren hingegen erzeugen Gleichstrom. Wenn der Strom in das Stromnetz eingespeist wird oder das Stromnetz eines Hauses mit Strom versorgt wird, muss er zuerst von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden. Ansonsten sind Batterien die häufigsten Gleichstromquellen. In diesem Zusammenhang ist Gleichstrom viel einfacher zu speichern. Da sich der Batteriespeicher in großem Maßstab in Verbindung mit der Erzeugung erneuerbarer Energie vermehrt, hat Gleichstrom eine weitere Möglichkeit, im Stromnetz besser Fuß zu fassen.

Hochspannungsleitungen führen normalerweise Wechselstrom mit etwa 345.000 Volt, während lokale Übertragungsleitungen etwa 13.800 Volt haben, was für jeden, der in Kontakt kommt, immer noch äußerst gefährlich ist. Wenn es Ihr Haus erreicht, wird die Spannung über Transformatoren auf 120 bis 240 Volt gesenkt, damit Sie Ihre elektrischen Geräte und Geräte sicher mit Strom versorgen können.

Was die verschiedenen Stromarten für Sie bedeuten

Sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom spielen im Durchschnittshaushalt eine wichtige Rolle. Die Geräte in Ihrem Haus, wie Kühlschrank, Waschmaschine und Geschirrspüler, verwenden Wechselstrom. In Häusern, die nicht an eine Erdgasleitung angeschlossen sind, werden die meisten Öfen, Warmwasserbereiter, Öfen und Trockner ebenfalls mit Wechselstrom betrieben.

Gleichstrom hat aber seinen Nutzen. Der alternierende Teil von Wechselstrom geschieht schnell – in den USA ändern die Elektronen 60 Mal pro Sekunde ihre Richtung, auch bekannt als 60 Hertz. Obwohl der Wechsel so schnell erfolgt, gibt es jedes Mal, wenn der Strom die Richtung ändert, winzige Leistungsverluste. Dies ist kein Problem für Glühbirnen oder andere Geräte, die für die Verwendung von Wechselstrom ausgelegt sind, aber moderne, empfindliche Elektronik schneidet selbst bei unermesslich kurzen Stromunterbrechungen nicht so gut ab.

Aus diesem Grund verwenden viele neuere Geräte, wie z. B. Ladegeräte für Mobiltelefone, Computer und Fernseher, Gleichstrom und verwenden Netzteile, um den Wechselstrom aus den Steckdosen umzuwandeln. Der Markt für Gleichstrom wird voraussichtlich weiter wachsen, und zwar in Form von Elektroautos, die mit Gleichstrom aus ihren Batterien betrieben werden.

Während der Krieg der Strömungen vor über 100 Jahren zu Ende gegangen sein mag, bleibt der Wettbewerb zwischen Wechselstrom und Gleichstrom, der unser tägliches Leben antreibt, bestehen.

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