Ab dem 18. Jahrhundert beginnen die Wissenschaftler, die elektrischen Phänomene zu verstehen. Die zweite industrielle Revolution hätte wahrscheinlich ohne den Strom nicht stattgefunden. Heute findet die Stromerzeugung auf vielen Wegen statt: Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke, Kernkraftwerke, Windkraftanlagen, Solarzellen stehen uns dafür zur Verfügung.
Elektrizität kurz gefasst
Strom brauchen wir, um das Auto zu starten, Straßen und Häuser zu beleuchten oder Wasser aufzuwärmen, um nur drei Beispiele zu nennen. Elektrizität ist heute also nicht mehr aus dem Alltag weg zu denken und dabei hochgradig faszinierend. Denn sie ist eine unsichtbarer Energie, von der wir nur die Wirkung beobachten können – sei es die leuchtende Lampe oder der laufende Motor. Erst der Blick in die Welt der Atome verrät uns die Natur der Elektrizität.
Jedes Objekt – ob Frucht, Metall, Batterie, ob unsere Haut oder der Computer – besteht aus Milliarden von Atomen. Wenn nun ein Objekt genau so viele negative wie positive Ladungen hat, ist es im elektrischen neutralen Gleichgewicht. Strom wird erzeugt, wenn dieses Gleichgewicht gestört wird. Dann bauen freigewordene Elektronen und die übriggebliebenen, nun positiven, Atomreste untereinander eine Spannungsdifferenz auf. Wird ein Verbindungsweg zwischen beiden Polen eröffnet, bewegen sich die Elektronen ganz schnell wieder zu ihren entgegengesetzten positiven „Brüdern” und vereinigen sich mit ihnen, bis der neutrale Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist. Diesen Fluss der Elektronen nennen wir elektrischer Strom.
Elektrischer Strom und elektrostatische Energie
Dabei darf elektrischer Strom nicht mit elektrostatischer Energie verwechselt werden! Zwei Objekte gleicher Ladung stoßen sich ab, zwei Objekte unterschiedlicher Ladung ziehen sich an. Diese elektrostatische Energie erhält man beispielsweise durch Reiben eines Balles gegen die Haare.
Jeder hat schon einmal beim Anfassen eines metallischen Treppengeländers einen Stromstoß gespürt. Das kommt daher, dass sich beim Laufen über einen Teppich die Kleider elektrostatisch auf. Wenn man dann eine Metallrampe berührt, werden die Ladungen vom Stromleiter, der Rampe eben, angezogen. Sie bewegen sich dann von den Kleidern durch den Körper bis in die Rampe und in den Boden.
Es entsteht ein elektrischer Strom, die Bewegung von Elektronen, den wir als ein Kribbeln in den Fingern empfinden.
Gleichstrom und Wechselstrom
Gleichstrom und Wechselstrom sind ebenfalls zu unterscheiden:
Eine Batterie liefert Gleichstrom, denn die Elektronen bewegen sich immer in die gleiche Richtung, weil sie durch eine chemische Reaktion freigegeben werden.
Der Dynamo von Gramm erzeugt ebenfalls Gleichstrom – während andere Generatoren generell Wechselstrom erzeugen:
die Elektronen bewegen sich nämlich in der Regel abwechselnd in die eine und in die andere Richtung.
Akkumulatoren
Die Funktion des Akkumulators ist es, Energie zu speichern, um diese zu jeder Zeit wieder freigeben zu können. Der Blei-Akkumulator wurde 1859 von Gaston Planté entwickelt.
Tudor hat dessen Leistung verbessert und ihn in großem Stile verwendbar gemacht
Die Verbesserungen von Henri Tudor
Hierzu ersetzte er die spiralförmigen Blei-Elektroden mit flachen Elektroden, deren Oberfläche gerillt ist. Diese Elektroden haben eine aktive Fläche, die 7- bis 9-mal höher ist als die des Geräts von Planté. Sie sind auch dicker, wodurch die Leitfähigkeit erhöht wird, verformen sich nicht mehr und sind mit Bleioxyden bestrichen. Der Tudor-Akkumulator ist im Vergleich zu den anderen wesentlich effizienter und zuverlässiger; seine Ladezeit ist stark reduziert und die Lebensdauer extrem lang. Sie kann bis zu 25 Jahre erreichen!
Die Brüder Tudor verbessern während fortdauernd die Qualität der Elektroden: Platten mit horizontalen und vertikalen Rippen – einzelne positive Platten – werden verknüpft, um so mehr Energie zu speichern, die Herstellung wird vereinfacht und die positiven Elektroden werden nicht mehr bestrichen. Diese Vereinfachungen ermöglichen es, leichtere und zuverlässigere Elektroden herzustellen und erlauben somit eine Preissenkung. Um die negativen Elektroden zu verbessern, einigen die Brüder Tudor sich mit den Inhabern von Patenten und finden eine Lösung gegen den Leistungsverlust.
Die Vermarktung
Der Name Tudor steht seinerzeit für Qualität!
Die Batterien wurden nicht nur für Beleuchtungssysteme verwendet; durch den Zusammenschluss von Gebrüder Tudor, Busch und Müller sowie anderen deutschen Firmen wurden Tudor-Akkumulatoren in der ersten Lokomotive für die Grube Kray, der ersten deutsche Trambahn in Hagen, sowie bei der Polarexpedition des Norwegers Fridtjof Nansen verwendet.
Und auch im Ersten Weltkrieges nahm die Technologie Teil:
Tudor-Akkumulatoren wurden in schwedische, dann in deutsche und in französische U-Boote eingebaut.
Der Blei-Säure-Akkumulator ist der älteste. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, kommt er allmählich in Wettbewerb mit anderen Arten von Batterien. Die Nickel-Cadmium-Akkus werden bereits seit mehreren Jahrzehnten produziert.
Sie benötigen keine Wartung und sind einfach transportierbar. In elektronischen Geräten werden jedoch oft NiMH-und Lithium-Batterien benutzt.
Die Geschichte der Elektrizität
Im 6. Jahrhundert vor Christus beobachtet der griechische Mathematiker Thales von Milet, dass ein Stück Bernstein, das stark mit Wolle oder Pelz gerieben wurde, leichte Gegenstände wie Federn, Borsten aus Stroh oder kleine Stücke Holz anzieht. Seine Niederschrift ist die erste bekannte schriftliche Dokumentation über das Vorhandensein von elektrostatischem Strom.
Der Begriff Strom kommt übrigens aus dem Griechischen, wo „Elektron“ Bernstein bedeutet.
Viel später, im Jahr 1733, werden die positiven und negativen Ladungen und deren Wechselwirkungen von Charles-François de Cisternay Du Fay entdeckt. Etwas später schreibt Coulomb die ersten physikalischen Gesetze dazu.
Der Akkumulator
Um 1887, kurz nachdem Tudor das Patent für seine Technologie einreicht, meldet auch Charles F. Brush ein sehr vergleichbares Patent in den USA an. Dies erklärt, warum Tudor seine Batterie nicht nach Amerika exportierte.
Im 19. Jahrhundert wird die Nutzung des Dynamos und des Akkus im Alltag in jedem Falle ganz wichtig:
Damals ging es um die Beleuchtung der Städte, um moderne Arbeitsplätze, und Fortbewegung – und unser heutiges Leben wäre ohne Strom schlicht undenkbar:
kein Kühlschrank, kein Computer, keine Beleuchtung….
Die ersten Erfindungen
Im Laufe des 18. Jahrhunderts dann beginnen die Wissenschaftler die Herkunft und die Eigenschaften des elektrischen Stromes zu verstehen. Volta entwickelt beispielsweise die elektrische Batterie, Gramme entwirft im Jahre 1868 den ersten Dynamo und ein Jahr später erfindet Swan die später von Edison vermarktete Glühbirne. Seitdem gibt es stets neue Erfindungen.