14.10 Gleich- und Wechselstrom

Quelle: ✎ Ergänzung (Themenpool §14)

Es gibt zwei Arten, wie ein Strom fließen kann — je nachdem, ob seine Richtung gleich bleibt oder sich umkehrt.

Gleichstrom (DC — direct current): Die Stromrichtung ist konstant, die Elektronen driften dauernd in dieselbe Richtung. Quellen sind Batterie, Akku, Solarzelle, USB.

Wechselstrom (AC — alternating current): Die Stromrichtung kehrt sich periodisch um — die Elektronen schwingen vor und zurück. Das europäische Stromnetz liefert Wechselspannung mit 50 Hz (50 vollständige Perioden pro Sekunde) bei einer Spannung von 230 V.

✎ Warum überträgt man Energie als Wechselstrom? — Schritt für Schritt.

1. Bei der Übertragung über lange Leitungen entstehen Verluste als Joule'sche Wärme $P_{\text{Verlust}}=R_{\text{Leitung}}\cdot I^2$ (siehe §14.5) — sie wachsen mit dem Quadrat des Stroms $I$.
2. Bei fester übertragener Leistung $P=U\cdot I$ kann man denselben Energiefluss mit hoher Spannung und kleinem Strom transportieren — dann sind die Verluste klein.
3. Wechselstrom lässt sich mit einem Transformator verlustarm hoch- und heruntertransformieren (für Gleichstrom geht das nicht so einfach). Deshalb überträgt man über Land Hochspannung und transformiert erst beim Verbraucher auf 230 V herunter.

✎ Warum ist die Frequenz für den Menschen gefährlich? Niederfrequenter Wechselstrom — gerade die 50 Hz des Netzes — ist für das Herz besonders gefährlich: Dieser Frequenzbereich ist genau der, in dem Nerven- und Muskelzellen am leichtesten erregbar sind; und weil der Strom hundertmal pro Sekunde umpolt, trifft er fast sicher auch die vulnerable Phase des Herzzyklus und bringt das Herz aus dem Rhythmus → Herzkammerflimmern (vgl. §14.9). Genau deshalb ist nicht die Spannung, sondern die Stromstärke durch den Körper das Maß für die Gefahr — und die Sicherheitsschwellen in §14.9 sind in Milliampere angegeben.