Elektrotechnische Grundlagen im Auto - Atomaufbau

Kfz-Elektrik | Ladungen | Elektronenbewegung und Leitfähigkeit | el. Strom | Stromwirkungen | Strom messen | Spannung | Spannungserzeugung | Spannung messen | Ohmscher Widerstand |

Kfz-Elektrik gestern und heute

Der Kfz-Elektriker der 50er Jahre hatte es im Rückblick betrachtet doch sehr schön. Sein überschaubares Arbeitsfeld beschränkte sich gerade einmal auf Anlasser, Lichtmaschine, Zündung, Beleuchtung, Scheibenwischer, Blinker und Hupe. Als Extra waren vielleicht ein Radio und ein Zigarettenanzünder verbaut. Der Kfz-Mechatroniker von heute dagegen, muss sich bei der Diagnose mit einer Vielzahl von Steuergeräten, diversen CAN-Bussen, digitalen Armaturen, Fensterhebern, Klimaanlage, Airbags, ABS, ACC und ESP herumplagen, um nur ein paar Beispiele zu nennen. Damit ein Auszubildender im 1. Jahr da noch durchsteigen kann, fängt er sinnvollerweise bei den Grundlagen der Elektrotechnik an. kfztech.de startet deshalb eine neue Reihe über die Elektrotechnischen Grundlagen des Autos.

Für den angehenden Kfz-Mechatroniker stellen die vielen Kabel, Sicherungen, Relais und Steuergeräte vor eine große Herausforderung, auch wenn es vielleicht nur darum geht, ein Tagfahrlicht nachzurüsten. (Foto: kfztech.de)

Atomaufbau

Ein Grundsatz besagt, dass Elektrizität nicht erzeugt wird, sondern bereits in jedem Stoff vorhanden ist. Und weiter: Elektrische Vorgänge selbst sind auf das Vorhandensein freier Elektronen zurückzuführen. Um dies zu verstehen, muss man sich den „Stoff“, also die Materie einmal näher ansehen. Die Atome bilden die Bausteine der gesamten Materie, Menschen Tiere, Pflanzen, Luft, Wasser, die Erde sowie das gesamte Universum bestehen daraus. Jedes chemische Element, wie z.B. Eisen, Kupfer, Aluminium (Fe, Cu, Al) usw., besteht aus einer Atomsorte. Es gibt 117 bekannte verschiedene Atome. Durch ihre Bindung mit anderen Atomen entstehen die Moleküle, die Vielzahl der möglichen Verbindungen ist quasi unbegrenzt. Der Begriff „Atom“ (vom griechischen „Atomos“ abgeleitet) wurde um 500 v. Chr. durch den griechischen Naturphilosophen Leukipp Atom eingeführt. Es bedeutet „das Unzerschneidbare“, man übersetzt es aber gerne mit „das Unteilbare“. Heute wissen wir jedoch, dass Atome nicht unteilbar sind.

Alle Atome besitzen denselben Grundaufbau. Sie bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Atomkern selbst besteht mit Ausnahme des Wasserstoffs aus zwei verschiedenen Elementarteilchen, den positiv geladenen Protonen und den elektrisch neutralen Neutronen. Für die Betrachtung der Elektrizität und des elektrischen Stromes können wir die Neutronen, die quasi den „Kit“ für die Protonen bilden, außer Acht lassen. Um den Kern kreisen auf verschiedenen Bahnen die negativ geladenen Elektronen, sie bilden die Hülle. Die Elektronen bewegen sich dabei mit großer Geschwindigkeit (ca. 2200 km/s) auf verschiedenen elliptischen Bahnen, auch Schalen genannt, um den Kern. Die entstehenden Fliehkräfte werden durch die Anziehungskräfte der Protonen ausgeglichen.

Jedes Atom besitzt einen positiv geladenen Atomkern und negativ geladene Elektronen, die um den Kern kreisen (Grafik: kfztech.de)

Ein Atom ist grundsätzlich nach außen hin elektrisch neutral. Es besitzt gleich viele positive wie negative Elementarladungen. Jedoch sind nicht alle Elektronen im Atom fest gebunden. Die freien Elektronen können die äußerste Hülle, die weit vom anziehenden Kern entfernt ist, verlassen und sich frei zwischen den Atomen bewegen. Die Elektronen auf der äußersten Schale des Atoms werden deshalb auch als freie Elektronen oder Valenzelektronen bezeichnet. Verlässt ein Elektron das Atom, besitzt dieses mehr positive als negative Elementarladungen, das Atom ist dadurch positiv geladen. Werden einem neutralen Atom hingegen Elektronen zugeführt, besitzt es mehr negative Ladungen, es ist negativ geladen. So lange dem Stoff keine Energie zugeführt wird, bewegen sich die Elektronen jedoch ohne bestimmte Bewegungsrichtung.

Einem neutralen Atom erhält ein Elektronen. Es besitzt jetzt vier negative Elementarladungen und nur drei positive; es ist jetzt negativ geladen. (Grafik kfztech.de)

Elektrotechnische Grundlagen wird fortgesetzt mit Ladungen und Elektronenbewegung

Der elektrische Strom | Wirkungen des el. Stroms | Strom messen | Widerstand |

Aufgaben zur Kfz-Elektrik |

Quellen: VW, Elektronik Kompendium von Patrick Schnabel, Franzis Elektronik, Wikipedia

Dieser Artikel wurde bereits einmal im Technikprofi veröffentlicht.