Welcher Strom aus unserer Steckdose kommt, oder welcher Strom durch unser Mobiltelefon läuft, ist uns manchmal gar nicht richtig bewusst. Dabei entshciedet es sich zwischen Gleichstrom und Wechselstrom. Wie der Wechselstrom funktioniert, was die Vor- und Nachteile sind, erfahren Sie alles im folgendem Artikel.
Was ist Wechselstrom?
Wechselstrom beschreibt Strom, durch den auch unsere Steckdosen funktionieren. Dabei unterscheidet sich Wechselstrom zu Gleichstrom, denn Wechselstrom ändert regelmäßig in periodischen Abständen die Polarität. Dabei gleichen sich die positiven und negativen Werte gegenseitig aus. Dadurch befindet sich der Strom bei null. Die Frequenz, mit der sich der Stromfluss verändert, wird in Hertz angegeben. In Europa beträgt diese Frequenz im Regelfall 50 Hertz. Daraus resultiert, dass der Stromfluss seine Richtung 100 Mal pro Sekunde ändert. Da er sich 50 Mal von positiv zu negativ ändert, und demnach auch 50 von negativ zu positiv ändert. Bereits seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurde Wechselstrom zur Stromerzeugung und Stromversorgung genutzt.
Wie entsteht Wechselstrom?
Wechselstrom kann durch verschiedene Wege erzeugt werden. Um es anschaulicher zu erklären, nehmen wir als Beispiel die Entstehung von Wechselstrom in unseren Steckdosen.Wechselstrom in unseren Steckdosen entsteht durch eine gleichbleibende Drehbewegung einer Spule in einem ruhigen Magnetfeld, welche auch Leiterschleife genannt wird. Diese Form der Stromerzeugung bewirkt, dass sich der Strom leicht umformen und übertragen lässt. Für die Stromerzeugung aus der Steckdose wird ein sinusförmiger Wechselstrom genutzt, welcher als einphasiger Strom in die Steckdose gelangt. Diesen Prozess visualisiert die folgende Grafik:
Wie man auf der Grafik sehen kann, haben wir ein Diagramm mit zwei Achsen, die horizontale Achse gibt die Spannung (U) an, welche beschreibt, ob die Richtung der Elektronen positiv oder negativ ist. Die vertikale Achse visualisiert die zeitliche Komponente (t) und zeigt, wie sich die Spannung über Zeit in periodischen Abständen von positiv zu negativ ändert.
In anderen Bereichen, wie der Industrie und in Stromnetzen auf Landesebene, wird oftmals von mehreren Spulen Gebrauch gemacht. Damit lässt sich der sogenannte Dreiphasen Wechselstrom, auch “Drehstrom” genannt, erzeugen. Dabei werden über drei Leitungen Wechselströme übertragen, die in unterschiedlichen periodischen Abständen schwingen. All dies erzeugt ein effizientes Übertragungsnetz.
Vor- und Nachteile von Wechselstrom
Vorteile
Effiziente Energieübertragung
Ein Vorteil von Wechselstrom ist die effiziente Energieübertragung. Denn dadurch, dass die Hochspannung für eine gleichmäßige Versorgung mit elektrischer Energie verwendet wird und weniger Strom durch die Leitung fließt, resultiert dies auch in einem geringeren Energieverlust.
Kosten
Gleichstrom und Wechselstrom unterscheiden sich darin, dass Wechselstrom besser verfügbar, in größeren Mengen vorhanden sowie preiswerter ist. Diese beiden Eigenschaften machen ihn praktischer und vorteilhafter als sein Gegenstück.
Stromverbrauch ermöglicht
Gleichstrommaschinen benötigen keine Stromwender und Bürsten zur Stromerzeugung, daher ist der Stromverbrauch auch einer der Vorteile des Wechselstroms. Daten ergeben, dass der erste Wechselstrom-Induktionsmotor Ende des 19. Jahrhunderts von Nikola Tesla patentiert und zusammen mit Wechselstrom verwendet wurde. Heutzutage wird diese technologische Innovation immer noch in den Haushalten genutzt, um beispielsweise elektrische Ventilatoren und Kompressoren für Klimaanlagen zu betreiben. Des Weiteren ist es in der Anwendung preiswerter als Gleichstrom.
Nachteile
Isolierung ist notwendig
Kritiker des Wechselstroms argumentieren, dass die hohen Spannungen, die für eine solide Stromversorgung mit Wechselstrom erforderlich sind, eine stärkere Isolierung erfordern, was wiederum die sichere Handhabung komplizierter macht. Dies macht die Arbeit mit Wechselspannung gefährlicher als mit Gleichspannung, was einen starken Unterschied macht.
Hitze und Funken
Ein weiterer Nachteil von Wechselstrom ist, dass er anfällig für Überhitzung und Funkenbildung ist, was zu Bränden und Stromschlägen führen kann. Das liegt daran, dass Wechselstromgeneratoren hohe Spannungen erzeugen müssen. Dadurch ist der Wechselstromgenerator auch weniger haltbar als ein Gleichstromgenerator. Die Übertragung kann bei unverantwortlicher Nutzung gefährlich sein. Dazu gehören beispielsweise Mobiltelefon Nutzer:innen, die schlecht hergestellte Ladegeräte zum Aufladen ihres Mobiltelefons verwenden. Wenn sich beim Laden das Ladegerät erhitzt, kann es im Extremfall zu einer Explosion kommen.
Wechselrichter
Oft wird der Einsatz von Wechselrichtern zur Umwandlung von Batteriestrom in Wechselstrom bemängelt, wenn sie in Hausstromanlagen verwendet werden. Es wird argumentiert, dass dies ein zusätzlicher Aufwand ist, der sehr kostspielig sein kann. Des Weiteren kommen die mit der umgewandelten Energie verbundenen Verluste dazu, die zwischen 5 und 15 % betragen können. Zudem sind die meisten Geräte, wie beispielsweise Mobiltelefone, die für den Betrieb Wechselstrom ausgelegt sind, verschwenderisch im Energieverbrauch. So wird beispielsweise bei der Ton- und Bildwiedergabe von Geräten, wie einem Fernseher, Wechselstrom in hoher Menge verwendet, da sich dieser konstant anpassen muss.
Fazit
Wechselstrom und das Konzept der Wechselspannung sind eine interessante technologische Innovation auf dem Strommarkt, die uns einen großen Vorteil in der Energieversorgung und Nutzung gegeben hat. Zudem ist Wechselstrom, trotz der Nachteile, die ihm zugeschrieben werden, in den größten Teilen der Anwendungen nach wie vor beliebt. Genau wie sein Gegenstück, der Gleichstrom, hat Wechselstrom sowohl seine Vor- als auch seine Nachteile, aber dennoch überwiegen die Vorteile, die der Wechselstrom bietet.
