Elektrizität in Bewegung

Sobald eine Ladung fließt, sind wir von statischer zu fließender Elektrizität übergegangen – die Elektrizität bewegt sich. An dieser Stelle kommen jene Grundbegriffe zur Elektrizität zum Tragen, die Sie wahrscheinlich in der Schule gelernt (und wieder vergessen) haben. Spannung ist das elektrische Äquivalent für Kraft. Sie ist die Menge an »Druck« auf die Elektronen, die winzigen Partikel, die Atome umgeben und Träger der Elektrizität sind. Wenn die Elektronen zu fließen beginnen, wird die Stärke fließenden Stroms in Ampere gemessen. Die Begriffe zur Elektrizität sind uns so vertraut, dass wir häufig gar nicht merken, dass Wörter wie »Strom« und »fließen« direkt von Wassersystemen übernommen wurden. Doch Elektrizität ist ein wenig anders als Wasser. (Glücklicherweise ist das so, andernfalls müssten wir die Steckdosen verschließen, damit kein Strom herausläuft.)

Als die Begriffe für Elektrizität geprägt wurden, war nicht klar, was dabei geschieht. Michael Faraday und die anderen Wissenschaftler jener Zeit wussten nicht einmal, dass Atome existieren – von Elektronen ganz zu schweigen. Sie wussten, dass etwas – »elektrischer Strom« – fließt, und legten willkürlich fest, in welche Richtung: Sie schickten es vom, wie sie es nannten, positiven Pol zum negativen. Als die Elektronen entdeckt wurden, stellte man allerdings fest, dass sie – die es in Wahrheit sind, die fließen – sich entgegen der Richtung bewegen, nach der der Strom bezeichnet wird. Aber da war es zu spät, um noch etwas zu ändern.

Sobald man fließenden Strom hat, wird Leistung produziert. Leistung ist nur die Geschwindigkeit, mit der Arbeit erbracht werden kann. Sie bezeichnet das Maß, mit dem Energie von einer Stelle zur anderen transferiert wird. Wie bei Maschinen wird die Leistung in Watt gemessen, bei Elektrizität ist sie das Produkt von Spannung und Strom – die Menge der Kraft mal der Stromstärke. Abschließend sei bei unserem raschen Überblick elektrischer Begriffe noch das Joule genannt. Wie wir an anderer Stelle gesehen haben, ist dies die Einheit für die Energie, egal, ob es sich um elektrische Energie, um jene, die ein Auto antreibt, oder um den Energiegehalt von Nahrungsmitteln handelt. Wir messen die Energie in Nahrungsmitteln zwar immer noch in Kalorien (wobei es sich um eine ältere Einheit handelt, die verwirrenderweise eigentlich eine Kilokalorie, nämlich 1000 Kalorien ist), aber die Standardeinheit ist Joule. Ein Joule ist ein Watt pro Sekunde. Eine 100-Watt-Glühlampe verbraucht also in jeder Sekunde 100 Joule an Energie.

Die Leistung kann bei einem Blitz immens sein. Ein Gerät wie der Van-de-Graaff-Generator, der Millionen Volt erzeugen kann, arbeitet nur mit einem Ampere-Bruchteil, so dass die Leistung – Volt mal Ampere – gering ausfällt. Bei einem Blitzschlag ist die Spannung hoch und die Stromstärke kann mehr als 30000 Ampere betragen, so dass eine halbe Milliarde Joule an Energie erzeugt werden kann – so viel, wie ein größeres Kraftwerk in einer Sekunde produziert.

Wenn diese Energiemenge durch die Luft saust, führt das dazu, dass sich die Luftmoleküle extrem schnell bewegen und die Temperatur auf bis zu 20000 °C schießt – deutlich mehr als auf der Sonnenoberfläche. Dieser plötzliche Temperaturwechsel erzeugt eine Druckwelle – eine Schockwelle, die de facto eine Explosion ist. Diese Druckwelle, die durch die Luft geht, ist es, die wir als Donner hören.