RES024 Strom-Forscher Thomas Leibfried


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Am Karlsruher Institut für Technologie forschen sie an Strom. Darum habe ich Thomas Leibfried getroffen und mir die Sache mit dem Strom mal erklären lassen.

Dabei reden wir über Elektronen, Potenzialdifferenzen, Widerstände, Ladungen, Ampere, Volt, über Leistung, Kupfer, Zink, Elektrolyte, die elektrische Spannungsreihe, Ionen, über Alessandro Volta, die Lithium-Ionen-Batterie, die Energiewende, Transformatoren, das AKW Krümmel, über Hochspannung,  Induktion, Magnetfelder, über die erste Energieübertragung 1882, Wechselspannung, Gleichspannung, Stromrichter, Drehspannung, Drehfelder, über Synchron– und Asynchronmaschinen, Phasen, den Einphasenmotor, Statoren, über Kraftwerke, das Ruhrgebiet, Baden-Württemberg, Primärenergie, Fukushima, erneuerbare Energien, Windenergie, SonnenenergieAtommüll, das AKW Philippsburg, die Redox-Flow-Batterie, Smart Homes, Trittschalldämmung, die Bleibatterie, Energieautarkie, den Netzentwicklungsplan, die Bundesnetzagentur, Freileitungen, Aluminium, Stahl, Wärmepumpen, Niederspannungsnetze, Netzleittechnik, den Ohmschen Widerstand, den Blindwiderstand (Reaktanz), über regelbare Ortsnetztransformatoren, Mittelspannung, das Radio, eine Drehmaschine, über Frequenzumrichter, Flicker, Blindleistung, Stromtankstellen, Elektromobilität, Hybridfahrzeuge, Range Extender, Elektrotechnik, Informationstechnik, die MINT-Fächer, Kraft-Wärme-Kopplung, Elektrolyse, Energiedichte, Drittmittel und die Exzellenzinitiative.

 

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Veröffentlicht am 24.01.2014
Dauer: 1 Stunde 41 Minuten
Lizenz: CC-BY 4.0

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Themen:   KIT   Strom   Energiewende   Energie  

Diese Folge zitieren: Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft: Resonator-Podcast: "RES024 Strom-Forscher Thomas Leibfried". 24.01.2014, https://resonator-podcast.de/2014/res024-strom-forscher-thomas-leibfried/ (CC-BY 4.0)

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5 Gedanken zu „RES024 Strom-Forscher Thomas Leibfried“

  1. Hmm, die Erklärungen waren vielleicht jetzt nicht ganz so prickelnd, ich probiers mal besser zu machen.

    Das mit dem Widerstand kannst Du Dir so vorstellen. Du hast 2 Behälter die über ein dünnes Rohr miteinander verbunden ist. Wenn Du jetzt in einen Wasser reinfüllst so fließt durch das Rohr das Wasser um so schneller je größer der Höhenunterschied zwischen den beiden Behältern ist. Der Höhenunterschied ist die Spannung und die Menge an Wasser die pro Sekunde durchfließt ist der Strom.
    Wenn Du jetzt ständig Wasser aus dem einen Behälter in den anderen kippst, so wirst Du feststellen, dass je mehr Wasser Du bewegst um so größer wird der Höhenunterschied. Es “staut” sich quasi so stark, bis der Druck durch den Höhenunterschied (Spannung U) stark genug ist, dass genau so viel Wasser (Strom I) durch das Rohr (Widerstand R) fließt wie Du rein schüttest. Also je mehr Du versuchst durch zu bekommen, um so größer ist der Höhenunterschied. Je größer der Strom (I) um so größer ist die Spannung (U) bei gleichem Widerstand (R). U=R*I
    Ein dickeres Rohr hätte einen kleineren Widerstand, weil da das Wasser leichter durch kommt, bei gleichem Strom. Ein kleinerer Widerstand (R) verursacht somit eine kleinere Spannung (U). U=R*I

    Jetzt kommt noch die Leistung hinzu. Wenn Du jetzt anstelle das Rohr ein Mühlrad stellst, wirst Du folgendes feststellen. Das Mühlrad kann um so mehr leisten, je höher das Gefälle ist, oder je mehr Wasser pro Zeit drauf fällt. Oder umgekehrt wenn Du Wasser nach oben tragen müsstest, so geht das um so schwerer je weiter hoch oder um so mehr Wasser Du tragen musst. Und wenn die Höhe oder die Menge an Wasser 0 ist, dann hast Du nichts zu tun. Das multipliziert sich also, und somit sagt man, dass die Leistung (P) gleich dem Produkt (*) aus Spannung (U) und Strom (I) ist. P=U*I

    Und jetzt kommen wir dazu, warum man in der Energietechnik gerne hohe Spannungen hat. Ich will einen Ofen mit 2000 Watt betreiben. Jetzt könnte man da zum Beispiel ein Volt und 2000 Ampere verwenden. 1Volt*2000 Ampere=2000 Watt. (Kleines Gefälle viel Wasser.) Oder man könnte 2000 Volt bei einem Ampere verwenden. 2000 Volt*1Ampere=2000 Watt (großes Gefälle wenig Wasser), oder alles dazwischen.

    Kommen wir aber mal zurück zu den Widerständen. Die Spannung (Höhenunterschied) die da abfällt ist proportional zum Strom (Wassermenge) der da durch fließt. U=R*I Ein typischer Widerstand einer Hausinstallation ist 1 Ohm. Wollte ich da 2000 Ampere durchjagen so würden auf dieser Leitung 2000Ampere*1Ohm=2000 Volt abfallen. Sprich die Leitung erzeugt schon ein Gefälle von 2000 Volt, und der Verbraucher auch noch mal 1 Volt (im oberen Beispiel) so dass das Stromnetz 2001 Volt liefern müsste. Auf der Leitung hätte man dann 2000 Volt bei 2000 Ampere macht 4000000 Watt. Das ist sehr viel, besonders viel mehr als die 2000 Watt die man eigentlich übertragen möchte.
    Im anderen Beispiel ist das anders. Wir haben ein Ampere was durch die Leitung soll. Das verursacht einen Spannungsfall von 1 Ampere * 1 Ohm=1 Volt. Sprich es fällt ein Volt ab. Ein Volt bei einem Ampere ist ein Watt, sprich wir haben einen Verlust von einem Watt, was nicht schlecht ist wenn wir 2000 Watt übertragen wollen.

    Jetzt haben aber hohe Spannungen auch ein Problem. Je höher die Spannung ist, um so schwieriger ist die zu handhaben. Das Deutsche Museum in München hat da eine schöne Vorführung:
    http://www.youtube.com/watch?v=k8lXOnsvD80
    So was will man nicht an seiner Steckdose haben, deshalb hat man als Kompromiss 230 Volt genommen.

    Bei Händies hat man jetzt viel kleinere Leistungen und kürzere Kabel. Da will man vielleicht mal 10 Watt übertragen. Kürzere Kabel bedeuten einen kleineren Widerstand. Man hat dann zum Beispiel 0.1 Ohm auf der Leitung. Man verwendet da zum Beispiel bei USB 5 Volt. Für 10 Watt braucht man dann 2 Ampere. (5 Volt*2Ampere=10Watt) Dabei fallen auf der Leitung 0.1Ohm*2Ampere=0.2 Volt ab. Das ist akzeptabel.
    Der Vorteil von so kleinen Spannungen ist, dass die ziemlich ungefährlich sind. Durch den Widerstand der Haut kann da nur harmlos wenig Strom fiesen.

    Ich hoffe das ist irgendwie verständlich.

    1. Ich glaube Dein Beispiel mit dem 2000W-Ofen an 1V ist schon ein wenig extrem ;-)…

      Ich erkläre sowas ja gerne mit ‘ner 120W Glühlampe, Leitungswiderstand 0.1Ohm. Bringt Leitungsverlust von 0.02% bei 230V und ~8% bei 12V (jetzt nicht ganz exakt gerechnet). Aber unabhängig vom Beispiel: das Argument ist nicht der Verlust bei gegebener Leitung, sondern dass es absolut unwirtschaftlich wäre in allen Häusern die nötigen armdicken Kupferschienen an die Wände zu nageln, würde man mit niedriger Spannung fahren.

  2. Kurzer Einwurf zu der Bemerkung von Thomas Leibfried, dass Kernkraftwerke Grundlastkraftwerke seien und sich deshalb nicht zum Auffangen von Lastspitzen eignen: Das ist so nicht richtig.

    Kernkraftwerke lassen sich prinzipiell sehr schnell hoch- und runterregeln, so dass sie sich sehr wohl zum Ausgleich von Lastspitzen eignen. Zu diesem Zweck wurden sie früher nur mit 99% Last gefahren, um eine kleine Reserve für Spitzen zu haben. Mittlerweile ist der Strom aus Kernkraftwerken aber im Vergleich so billig, dass sie immer auf 100% Last gefahren werden. Aus diesem Grund erfolgt der Ausgleich von Lastspitzen durch andere Kraftwerke, nicht etwa weil Kernkraftwerke dazu nicht taugen.

  3. Hallo,

    Wie immer eine schöne und vor allem lehrreiche Folge. Holgis Idee doch pro Haus nur einmal von Wechsel- in Gleichstrom zu wandeln ist gar nicht doof. Im Datacenter Umfeld wird damit seit einiger Zeit experimentiert um die Gesamteffizienz zu steigern (z.B. hier dokumentiert http://www.heise.de/newsticker/meldung/Rechenzentrum-mit-Gleichstrom-1605295.html)

    Wie auch schon im Podcast angesprochen funktioniert das aber nur gut, wenn alle Verbraucher die gleiche Eingangsspannung benötigen. Wie man im verlinkten Artikel sehen kann, wurde das gesamte Rechenzentrum von Anfang an daraufhin entworfen und mit geeigneten Komponenten ausgestattet.
    Für ein normales Wohnhaus ist das aber aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen Geräte (Waschmaschine, Herd, Fernseher, Handy) ungleich schwieriger und nicht sehr praktikabel.

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