Der Funke - Leitfaden für 10- bis 14-jährige Kinder durch die wunderbare Welt der Elektrizität. Unter www.electro-club.be können sich junge Gäste anmelden, um den ‚Funken‘ anzufordern. Konzept und Erstellung: Link Inc, www.linkinc.be Illustrationen: Sam De Buysscher und Anne Manteleers Design: Zeppo, www.zeppo.be ISBN-NUMMER: 9789082048407 NUR: 231, 257 Der Funke ist Teil von Stroom-Opwaarts: eine Kampagne von Vormelek auf Initiative von Sozialpartnern, um das Interesse junger Menschen für den elektrotechnischen Sektor zu wecken. © Stroom-Opwaarts, 2013 Verantwortlicher Herausgeber: Hilde De Wandeler, vzw Vormelek, Marlylaan 15/8 b2, 1120 Brüssel Auszüge aus dieser Ausgabe dürfen nur mit vorheriger schriftlicher Genehmigung des Herausgebers durch Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder jede andere Art vervielfältigt und/oder veröffentlicht werden.
l l a r e b Ăœ nd u s d n e g Nir Was passiert, wenn du Elektrizität sehen kannst?
Du hältst den Funken in Händen, ein schönes Lehrbuch, das dich auf eine Reise durch die faszinierende Welt der Elektrizität begleitet.
? r e b ü e k n u F r e d t g Sprin vorn bis chlein von ü B s e s ie d ; such Dann lies n nach vorn r du te in h n o v r st, worübe hinten ode u toll finde d s a w , s u ktrizität so dir ra as dank Ele w t, is b t n erstau ch ist. alles mögli e Menge e jeeeeeed rn e L ist : m e ll Vor a lektrizität E n n e D t. ä izit über Elektr d überall... n u s nirgend und Anschauen im e b n e g Viel Vergnü ! Durchlesen ectro-club.b le .e w w w h e auc eiterer PS: Besuch de Menge w je u d t s e d dort fin Infos
INHALT 1
WER BIN ICH?
Seite
4
Was ist Elektrizität? Steckdosen Blitz Batterien
2
WOHER KOMME ICH?
Seite
Wie entsteht Elektrizität? Generatoren Solarmodule
3
WOHIN GEHE ICH?
Seite
34
Was können wir alles mit Elektrizität machen? Elektromotoren Tiefgefrierer/Kühlschränke Licht Telefone Internet
26
? H C I N I B R 1. WE WAS IST ELEKTRIZITÄT? Was passiert, wenn du Elektrizität sehen kannst?
‚Dann siehst du mich’, sagt Herr Elektron. ‚Und Milliarden Kameraden von mir.’
STECKDOSEN
Steckdose Steckdose Steckdose Eine Steckdose ist eine Anschlussstelle zum Stromnetz oder, wie man früher sagte: Lichtnetz. Das Lichtnetz ist ein elektrisches Energienetz. Wenn ein Stecker in der Steckdose steckt, kann man Strom ziehen. Warum hieß es bis vor kurzem überall noch Lichtnetz? Weil die Beleuchtung (siehe auch S. 42) anfangs, d. h. um 1900, die wichtigste elektrische Anwendung war.
‚Woran denkst du spontan, wenn du das Wort Elektrizität hörst? Richtig, an eine Steckdose. Elektrizität kommt aus einer Steckdose. Das liegt daran, dass ich in einer Steckdose bin. Genauso wie Milliarden Kameraden von mir. Wie Läufer in den Startblöcken...‘
STROM Strom ist eigentlich nichts anderes als abenteuerliche Elektronen.
Wie bitte? Jeder Gegenstand besteht aus winzig kleinen Teilchen, den Atomen. In so einem Atom befindet sich ein Kern, um den ein Haufen Elektronen kreist. Der Kern ist positiv geladen, die Elektronen haben eine negative Ladung. Gegensätze ziehen sich an und daher bleiben der Atomkern und die Elektronen immer schön zusammen. Außer den Elektronen, die auf der Außenbahn ihre Runden drehen: Durch den größeren Abstand fühlen sie sich nämlich etwas weniger stark von ‚ihrem‘ Atomkern angezogen und suchen bereits die Gesellschaft eines anderen Atoms. Diese abenteuerlichen Elektronen nennen wir freie Elektronen und so eine Bande umherziehender Elektronen heißt ganz einfach: elektrischer Strom.
Verstehst du jetzt, was für Strom notwendig ist? Genau! Eine Installation, die freien Elektronen ihren freien Lauf lässt: ein Stromkreis oder Stromkreislauf.
Stromkreis Ein einfaches oder komplexes Ganzes aus Leitern, in denen sich Elektronen bewegen. (= elektrischer Strom).
Stromschlag Elektrizität gibt es auch in der Natur (und nicht nur aus der Steckdose).
Wieso? Wenn du auf einem Teppich gehst, eine Türklinke aus Metall berührst und - au! - ein Schlag. Das nennt man statische Elektrizität. Deine Haare können dir zu Berge stehen oder Stofffetzen können am Bildschirm haften bleiben. Statische Elektrizität entsteht, wenn wir zwei Nichtmetallgegenstände aneinander reiben. Elektrizität kann zwei Gegenstände einander annähern oder auseinander bringen, da sich gegensätzliche Ladungen einander anziehen und sich gleiche Ladungen abstoßen. Blitz ist eine elektrische Entladung. Der gigantische Funke setzt statische Elektrizität frei, die in Gewitterwolken entsteht.
n l e s s e f t n e n e t e n Mag ! N O I T U L O V E R EINE 1831 brachte der Engländer Michaël Faraday einen Magneten in einer Spule unter und bewegte damit diesen Magneten hin und her. ‚Oje, es entsteht Elektrizität!‘, rief er laut aus. Unser Michaël hatte entdeckt, dass
Bewegung
magnet
Spule
Elektrizität! Seine Entdeckung hat eine echte Revolution ausgelöst. Denn nun war klar, wie Elektrizität im großen Maßstab erzeugt werden konnte. Interessant für die Industrie, aber auch für Familienhaushalte.
Wow! Ein Generator aus dem 19. Jahrhundert, um Strom zu erzeugen!
Dann dauerte es aber noch bis etwa 1920, bis belgische Familien zu Hause Strom hatten. Zuerst wurde Strom nur für das Licht genutzt. Nach und nach kamen elektrische Geräte wie Nähmaschinen, Bügeleisen, Kühlschränke dazu. Vor 100 Jahren hatten in Belgien viele Menschen noch keinen Strom. Das kann man sich kaum mehr vorstellen.
Einheiten und Formeln Spannung =
Volt = V
Die Spannung liefert die nötige Energie, um Elektronen in Bewegung zu bringen. Die Einheit daf ür ist Volt (V). Zum Beispiel 230 Volt, das Maß bei un s in Europa; in Amerika sind es 110 Volt.
Wasser m
Stromstärke = Ampere = A
Leistung = Watt = W
der Die Einheit e mit rk Stromstä l A. Die o b dem Sym ronen, die kt le Menge E nd einer sich währe gt, n Zeit bewe bestimmte e. rk ä st Strom nennen wir
Die Energie, die dem Elek tronenstrom geliefe rt wird (Volt) und die Anzahl El ektronen, di e sich in einer best immten Zeit bewegen (Ampere ), bilden zusa mmen die Leistung. Die Einheit da für ist Watt. Die Formel la utet: W= V x A.
odell!
Es ist nicht immer so einfach, die Begriffe Strom, Spannung und Widerstand klar auseinanderzuhalten. Deswegen wird manchmal ein Vergleich mit einer Wasserleitung mit einer Pumpe und einem Wasserhahn hergestellt.
Nimm als Beispiel die Wasserleitung für die Heizung bei dir zu Hause. Die Rohre bilden einen geschlossenen Kreislauf, durch den das Wasser fließen kann. Genauso ist es mit Elektrizität, die durch elektrische Leitungen fließt. Das Wasser fließt mit einer bestimmten Kraft, da eine Pumpe auf das Wasser in den Leitungen Druck ausübt. Das ist mit elektrischer Spannung zu vergleichen. Wenn die Pumpe schneller pumpt, fließt das Wasser schneller. In elektrischen Fachbegriffen: Wenn die Spannung steigt, nimmt auch die Stromstärke zu. Was ist dann aber der Widerstand? Dazu sehen wir uns einmal unseren Wasserhahn an. Der regelt, wieviel Wasser durch die Leitungen fließen kann. Je weiter der Hahn zugedreht wird, desto größer wird der Widerstand und desto weniger Wasser fließt durch. Denn wenn der Hahn ganz zugedreht wird und ein ganz großer Widerstand vorhanden ist, fließt überhaupt kein Wasser mehr. Die Spannung (der Druck in der Leitung) bleibt daher derselbe. Und es fließt auch kein Wasser mehr.
Und was haben Volt, Ampere und Ohm damit zu tun? Das sind nicht nur sympathische Herrschaften mit altmodischem Haarschnitt, die dringend neu eingekleidet werden müssen. Sie haben vor langer Zeit - vor sehr langer Zeit - ihren Namen den Einheiten zur Messung der Spannung, Stromstärke und Widerstand gegeben. Genauso wie Kilometer eine Einheit ist, um die Entfernung zu Omas Haus zu messen, und ein Kilogramm eine Einheit, um das Gewicht einer Packung Chips (oder von ein paar Packungen Chips) zu berechnen. Volt misst die Spannung (den Druck auf das Wasser in der Leitung). Ampere misst die Stromstärke (die Menge Wasser, das während einer bestimmten Zeit durch die Rohre fließt). Und Ohm misst den Widerstand (wie groß ist der Durchlass, den der Hahn offen lässt und der bestimmt, wieviel Wasser durchfließen kann?). Jetzt aber genug über Wasser. Drehen wir diesen Hahn mal zu, denn Wasser und Elektrizität bleiben besser auseinander.
t t a t s k r e W e i D Multimeter Der Name sagt es bereits: mit einem Multimeter kannst du Folgendes messen: Spannung, Strom und Widerstand.
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Achtung
Elektrizität ist gefährlich! Elektrischer Strom ist gefährlich für den Menschen. Vom Strom aus einer kleinen Batterie bekommst du einen kleinen Schlag. Aber bei stärkerem Strom können auch die Folgen viel ernster sein. Das nennen wir Stromtod. In Amerika hatten sie das schnell begriffen und 1890 kam ein gewisser William Kemmler als erster Mensch in der Geschichte auf einen elektrischen Stuhl. Die Elektroden auf dem Kopf sorgten dafür, dass sich das Gehirn erhitzt, wodurch sofortige Bewusstlosigkeit eintritt.
Differenzialschalter
Ein Differenzialschalter ermittelt einen Isolierdefekt in elektrischen Anlagen. Dieser Schalter bietet Schutz gegen den Tod durch Stromschlag.
Beisszange Durch den langen Zangenkopf kannst du mit dieser Beißzange allerlei Gegenstände anpacken, was mit den Fingern nicht möglich ist. Der Griff ist isoliert: Das ist ideal für Elektriker.
Abisolierzange Mit der Abisolierzange kannst du die Hülle eines Drahtes und damit einer Isolierung entfernen.
Leiter Ein Gegenstand oder Material, der oder das elektrischen Strom durchlässt. Leiter sind Stoffe mit geringen Widerstand: Elektronen können sich von ihren Atomen leicht lösen. Die besten Leiter sind reine Metalle wie Kupfer, Aluminium und Silber.
Je höher die Temperatur eines Leiters, desto stärker vibrieren die Atome und desto schwerer fällt es den Elektronen umherzukreisen. Desto größer wird also der Widerstand. Umgekehrt ist es natürlich auch so, dass manche Metalle bei extremer Eiseskälte sehr gut leiten.
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Achtung
Nasse Hände und Elektrizität Wusstest du, dass du zu über der Hälfte deines Körpergewichts aus Wasser bestehst? Und dass in der Körperflüssigkeit jede Menge Salze sind? Der menschliche Körper ist daher ein guter Leiter und deshalb müssen wir achtgeben, wenn Elektrizität in der Nähe ist. Fasse zum Beispiel nie ein elektrisches Gerät mit nassen Händen an und halte Ausschau nach Stacheldraht, der unter Strom steht.
Dick
Lass den Strom ruhig fließen
Schau dir mal die Hochspannungskabel und Strommasten draußen an. Die sind viel dicker als die hauchdünnen Drähte, mit denen du deine Tests durchführst. Das ist kein Zufall, denn nicht nur der Stoff bestimmt, wie gut Strom geleitet wird, sondern auch auf die Abmessungen kommt es an. Je dicker der Draht ist, desto mehr Strom kann durchfließen. Die Drähte mit Plastik zu schützen, gelingt daher nicht. Porzellan und Glas sind für diese Spitzenleiter hervorragende Isolierstoffe.
Widerstand - Ohm
Isolierstoffe Hast du schon mal genau hingesehen, woraus ein Stromdraht besteht? Richtig! Es ist Kupferdraht. Elektrischer Strom fließt problemlos durch einen Kupferdraht. Und was befindet sich rund ums Kupfer? Ein brauner oder blauer Plastikschutz. Damit geht der elektrische Strom nicht verloren. Kupfer nennen wir einen Leiter, Plastik einen Isolierstoff. Stoffe, bei denen Elektronen bei ihren Atomen bleiben, lassen Elektrizität viel weniger durch und heißen Isolierstoffe. Sie haben einen ganz hohen Widerstand. Holz zum Beispiel oder Stein, Gummi, Glas und die meisten Kunststoffe. Isolierstoffe müssen uns gegen die Gefahren durch elektrischen Strom schützen.
Georg Ohm (1789-1854) hat bewiese n, dass alle Leiter, sogar Metalle, einen sich eren elektrischen Widerstand besitzen . Die Einheit für den elektrischen Widerstand ist nach ihm benannt: Ohm (Ω). 1827 entd eckte dieser deutsche Physiker die Ges etze des elektrischen Widerstand s von Leitern. Ohm fand heraus, dass die Stromstärke je nach dem Materia l, durch das der Strom fließt, verschie den ist. In manchen Stoffen fällt es der Elektrizität schwerer, sich ihre n Weg zu bahnen, als in anderen: Sie leisten daher dem elektrischen Stro m mehr Widerstand. Das Ohm-Ges etz legt daher eine Wechselbeziehung zwischen Spannung, Widerstand und Stromstärke fest.
Materialien mit großem oder kleinem Widerstand? SCHLECHTE LEITER
Gummi Ebonit Glas Porzellan PVC Polyester
GUTE LEITER Kupfer Aluminium Silber Zink Blei
Berufe
‚Ich bereite Herrn Elektron und seine Konsorten auf den Start vor. Ich installiere den Stromkreis und die Steckdosen bei dir zu Hause. Ich arbeite sicher und sorge für Sicherheit.‘
Elektroinstallateur für Hausinstallation
Dass wir Licht zu Hause haben, unsere Handys aufladen oder eine DVD anschauen können: Das und noch viel mehr haben wir dem Elektroinstallateur für Hausinstallation (dem Hauselektriker) zu verdanken. Er kümmert sich um alle elektrischen Anlagen in Wohnhäusern: Leitungen, Steckdosen, Lichtschalter...
Unter www.electro-club.be kannst du dir Videoclips ansehen, die genau zeigen, was Arbeiten mit Elektrizität eigentlich bedeutet.
Elektro
installa
Elektroinstallateur im tertiären Sektor: ein komplizierter Ausdruck, der bedeutet, dass dieser Elektriker vor allem in großen Gebäuden wie Krankenhäusern und Bürogebäuden arbeitet. Er ist weder für Fabriken noch für Wohnhäuser zuständig. Das erledigen die Elektroinstallateure für Industrie und Hausinstallation. Beleuchtungen, Geräte in Büros und in Kantinen, Apparate in Krankenhäusern funktionieren alle wegen der Anlagen, die er installiert.
teur im
tertiäre
n Sekto
Techniker Zugangssysteme und Zugangskontrolle Überall, wo man einen Badge braucht, um reinzukommen (Bürogebäude, Banken und Fabriken), ist ein Techniker für Zugangssysteme und Zugangskontrolle am Werk. Er installiert, kontrolliert und wartet das Zugangssystem. Und natürlich erklärt er Benutzern, wie alles funktioniert.
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Techniker Einbruchsi
cherungssysteme Der Techniker für Einbruchsicherungssysteme installiert, kontrolliert und repariert Systeme, die Einbrecher fernhalten sollen. Er sorgt dafür, dass wir uns sicher fühlen, nicht nur zu Hause, sondern auch in Bürogebäuden, Krankenhäusern und Fabriken. Er kennt sich nicht nur mit Elektrizität aus, sondern hat auch Computerkenntnisse.
Techniker elektrische Schwimmbadausrüstung Hast du dich noch nie gewundert, dass ein Schwimmbad voller Elektrizität ist? Oder noch besser: die Apparate rund um das Schwimmbad. Pumpen und Filter, Beleuchtung und Heizung. Ohne Elektrizität kannst du keine Bahnen schwimmen und dich auf der Wasserrutschbahn nicht austoben. Installation, Wartung und Reparatur der ganzen Ausrüstung: für all das sorgt dieser Techniker.
Schaltta felbauer
AL NUN M AGE R EINE F Brauchen wir in über 20 Jahren noch Elektriker?
Ohne Schalttafelbauer gibt es keinen elektrischen Steuer- und Verteilerkasten. Und damit auch keine Elektrizitätsanlagen in Fabriken oder Betrieben. Bohren, Sägen, Schrauben: das gehört alles dazu. Der Schalttafelbauer installiert und testet alle Bauteile. Und natürlich schließt er zum Schluss noch den Stromkasten an das Stromnetz an. Ein ganz wichtiger Job, der allerhand zum Laufen bringt (und dafür sorgt, dass es weiterläuft).
NATÜRLICH. Elektrizität wird in unserer Gesellschaft immer wichtiger. Und deshalb braucht man auch in Zukunft Elektriker. Der Job als Elektriker wird sich in Zukunft aber verändern (genauso wie viele andere Jobs). Zum Beispiel wird es neue Systeme und Technologien geben. Denk mal an die Haussystemtechnik (Geräte, die Vorgänge im Haushalt automatisieren), der Aufschwung der Solarmodule (siehe S. 32)...
BLITZ
‚Kommt Elektrizität in der Natur vor? Natürlich, denn wir Elektronen sind ja reine Natur.‘
Wie der Blitz Gewitterwolken sind voller Eiskristalle und Wassertropfen, die sich heftig hin und her bewegen. Dadurch entsteht Reibung und es entwickelt sich statische Elektrizität. Wenn sich die ganze aufgestaute elektrische Energie entlädt, blitzt es. Meist kommt kurz danach noch ein heftiger Donnerschlag.
Wie schützt du dich vor dem Blitz? Du wanderst gerade durch den Wald, als du plötzlich bemerkst, dass ein Gewitter aufzieht. Was tust du jetzt am besten? Such dir einen sicheren Platz (auf gar keinen Fall einen Baum!). Wenn du keine sichere Stelle findest, dann geh schnell in die Kauerstellung. Lege deine Arme rund um die Knie, halte den Kopf nach unten und vermeide möglichst Kontakt mit dem Boden.
Der Finger von Franklin Der Amerikaner Benjamin Franklin (17061790) lebte in einer Zeit, als die Menschen noch nicht wussten, dass Blitze durch einen Kurzschluss in der Luft entstehen. Er selbst ging davon aus, dass in jedem Fall Elektrizität im Spiel war. Wagehals Benjamin ließ 1752 während eines Gewitterschauers einen Drachen aufsteigen, an dessen Schnur er einen Schlüssel befestigt hatte.Seinen Finger hielt er nahe am Schlüssel. Ja! Der Blitz schlug in den Drachen ein und vom Schlüssel sprang ein gewaltiger Funke auf seinen Finger. Du kannst dir vorstellen, dass dieser Finger wehtat. Dennoch war Benjamin froh: Der Blitz war also wirklich Elektrizität. Schon ein Jahr nach diesem Experiment stellte er stolz seine Erfindung vor: den Blitzableiter. Der fängt den einschlagenen Blitz auf und leitet ihn direkt in die Erde. So wird jede Menge Schaden vermieden.
Berufe
‚Ich mache alles, um Gebäude gegen Blitz zu schützen.‘
Blitzschutztechniker
Dieser Elektriker ist auf Blitzschutzanlagen spezialisiert. Diese Anlagen gibt es vor allem in Betrieben, Fabriken, Krankenhäusern, Altenheimen und Hotels. Du merkst schon, dass er vor allem in (und auf dem Dach von!) größeren Gebäuden arbeitet.
Unter www.electro-club.be kannst du dir Videoclips ansehen, die genau zeigen, was Arbeiten mit Elektrizität eigentlich bedeutet.
Technik e
r Feuers
Wenn ein Feuer ausbricht, muss er so schnell wie möglich zur Stelle sein. Je früher du weißt, dass irgendwo ein Feuer schwelt, desto einfacher kannst du den Schaden begrenzen. Feuer- und Rauchmelder können dabei helfen. Dieser Techniker montiert und kontrolliert solche Systeme. In größeren Gebäuden installiert er auch Feuermeldezentralen.
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5
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1
Du bist verrückt nach Technik? Prima, denn Elektrizität heißt Denken und Machen. Nur ein Elektriker, der mitdenkt, liefert gute Arbeit.
2
Schluss mit Langeweile! Es gibt für dich keinen Alltagstrott, da es in diesem Fach und dieser Richtung immer Veränderungen gibt. Und genug Möglichkeiten...
3
Als Elektriker findest du leicht und schnell Arbeit. Oft hast du schon einen Job im letzten Jahr der Sekundarschule. Natürlich kannst du auch noch weiterlernen. Um in deinem Fachgebiet noch stärker zu werden.
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Du krempelst gern selbst die Ärmel hoch? Ok, aber du lernst auch, als Team zu arbeiten. Das ist wichtig für später.
5
Dich interessiert alles über elektrische Geräte und du möchtest genau wissen, wie die Welt der Technik funktioniert.
BATTERIEN ‚Dein MP3-Player spielt. Und dennoch ist er nicht an die Steckdose angeschlossen. Wie ist das möglich? Ganz einfach: es steckt eine Batterie drin, die selbstständig Elektrizität liefert. Ich laufe daher von der Batterie durch den MP3-Player und zurück zur Batterie.‘
Batterien stecken überall ihre Nase hinein. Sie sind in der Armbanduhr, im Handy, in der Fernbedienung, im Hörgerät von Opa, in Laptops, in iPods... kurz gesagt, in allen Apparaten und Geräten, die Strom benötigen und nicht (ständig) an eine Steckdose angeschlossen sind.
Es gibt alle Arten und Gewichte von Batterien. So gibt es flache Knopfbatterien für deine Armbanduhr. Mit leistungsstarken Exemplaren kannst du dann wieder dein tragbares Radio spielen lassen.
WIE FUNKTIONIERT DAS? In einer Batterie gehen chemische Reaktionen vor sich. Wenn Stoffe miteinander in Kontakt kommen, werden unsere freien Freunde - die Elektronen - wieder sehr aktiv (sie bewegen sich dann vom Minuspol zum Pluspol; siehe + und - auf jeder Batterie).
Batterien wandeln diese chemische Energie in elektrische Energie um. Wenn du die Batterien in ein elektrisches Gerät steckst (zum Beispiel eine Taschenlampe oder einen Taschenrechner), schließt sich der Kreislauf. Wenn die chemischen Reaktionen in einer Batterie aufhören, ist die Batterie leer.
Lade sie auf! In einer leeren Batterie sind die chemischen Teilchen zwar noch da, die Elektronen bewegen sich aber nicht mehr: sie reagieren nicht mehr miteinander. In einer wiederaufladbaren Batterie (oder Akku) kannst du sie wieder aufwecken. Du steckst den Akku in ein Ladegerät, das an eine Steckdose angeschlossen ist. Die elektrische Spannung setzt die abenteuerlichen Elektronen erneut in Bewegung und hoppla, nach einer Zeit kann der Akku wieder Strom abgeben.
!
Achtung
Achte darauf: Chemikalien wie Quecksilber und Kadmium, schaden der Umwelt. Leere Kadmium- und Quecksilberbatterien gehören nicht zum normalen Abfall, sondern zu den chemischen Kleinabfällen. Du kannst sie auch bei Sammelpunkten für leere Batterien abgeben. Machen!
Batterie? Akku? Was ist es jetzt? Eine Batterie und ein Akku mache n dasselbe. Aber eine Batterie ist nic ht wiederaufladbar, ein Akku schon. Der Begriff ‚wiederaufladbare Batterie‘ ist daher eigentlich nicht richtig.
Auto m i e i m e h C ndt den Zü
, dreh ins Auto t ig Zue t s r e ringt an. p s r o Der Fahr t o M t. Aber l und der eladen is g u schlüsse k k A r e den? , wenn d kku gela -A o t u A mindest h ein kku eigentlic ren. Ein A h a F s wie wird a d ch , wenn fach: dur leert sich t n e Ganz ein s o t uft. Au weiterlä parkten io e d g a s R e in in e oder e Dann t brennt leer ist? u k k A r das Lich e nn d du weisiert, we n, indem e d la Was pas t h ic mehr ar nicht u ihn ja n g d t n s n n a n d a k s Auto fach t, weil da muss ein n n a D : terfährs anik en Aut. Keine P es ander in e u anspring k k A tzen wir us einem azu benu D . Energie a n e d r e tragen w tos über ekabel. Starthilf
Lichtmaschine
Elektrisches Auto Der Akku ist die einzige Energiequelle eines elektrischen Autos. Zum Glück können wir den Akku immer wieder an der Steckdose aufladen!
Dieses Teil des Motors lädt den Akku des Autos wieder ordentlich auf. (Siehe auch S. 30)
2. WOHER KOMME ICH? WIE ENTSTEHT ELEKTRIZITÄT?
GENERATOREN ‚Elektrizität wurde schon bald unverzichtbar. Daher baute der Mensch große Anlagen, um Elektrizität zu verbreiten. Kraftwerke erzeugen nun gewaltige Mengen an Elektrizität, so dass wir massiiiiiiiiiiiiiiiiiv durch Kilometer und Kilometer von Leitungen rennen können.‘
Generator, auch bekannt amo n y d n e s e als Ri Kraftwerke sind Fabriken, in denen Strom erzeugt wird. Nicht, um eine einfache Fahrradlampe zum Leuchten zu bringen, sondern um alle Betriebe, Häuser, Schulen und Krankenhäuser in der Nähe mit Elektrizität zu versorgen. Dennoch funktioniert das Kraftwerk genauso wie das Fahrradlicht: mit einer Art Dynamo. Dieser Dynamo ist zwar unendlich viel größer und heißt auch anders: Generator.
Magnet
Kupferspule
Und nein, da sitzen nicht Tausende von Menschen, die schwitzend diese Riesendynamos zum Drehen bringen. Die Bewegungsenergie stammt hier von Brennstoffen wie Gas und Erdöl, zumindest in herkömmlichen Kraftwerken.
KRAFTWERK Das Geheimnis der herkömmlichen Kraftwerke komplett entschlüsselt
1
Der gelieferte Brennstoff wird verbrannt. Dadurch entsteht im Heizkessel
2
große Hitze, die Wasser in Strom umwandelt. Durch den Dampfdruck beginnt die Turbine,
3
sich zu drehen und der Generator wird
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in Gang gesetzt. Die Bewegung des Generators setzt Elektrizität frei. Diese Elektrizität geht durch den Transformator
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und findet über Stromdrähte
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den Weg in Fabriken, Betriebe, Schulen und Häuser.
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Um die Abfallstoffe des Verbrennungsprozesses zu entsorgen, hat jedes Kraftwerk einen Schornstein.
8
Am Kühlturm entlang verliert sich die Hitze des Dampfes.
GENERATOR Eine Maschine mit einer Drehachse, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Denk an deinen Fahrraddynamo!
DREI-SCHLUCHTENTALSPERRE Das größte Wasserkraftwerk der Welt ist die Drei-Schluchten-Talsperre in China. Einfach gigantisch.
Spule
T!
ITÄ Z I R T K ELE
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Bewegu
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Wasser und Wind In herkömmlichen Kraftwerken stammt die Energie aus erhitztem Wasser, also Dampf, der durch die Verbrennung großer Mengen Gas oder Erdöl entsteht. Diese fossilen Brennstoffe gehen jedoch langsam zu Ende. Zum Glück gibt es auch andere Stoffe, die bei der Verbrennung Hitze verursachen und unerschöpflich sind. Zum Beispiel Hausmüll oder Zuckerrüben. Das sind Biobrennstoffe. Und warum sollte nur Dampf Bewegung verursachen können? Wind kann das doch genauso gut. Sieh dir mal die Windturbinen mit ihren enormen Flügeln an. Du siehst sie an Autobahnen und am Meer. Im Schnitt sind sie 100 m hoch, so groß wie ein Fußballfeld, nur senkrecht. Eine Windturbine setzt die Windenergie in eine drehende Bewegung um, die von einem Generator genutzt wird, um Elektrizität zu gewinnen. Mit Wasser ist das auch möglich. Du musst das Wasser dann aber erst mit einem Damm speichern. Deshalb heißt das‚ Staudamm‘.
BERUF Hochspannungstechniker
‚Ich bringe die erzeugte Elektrizität auf sicherem Weg über Hochspannungsleitungen in dein Haus.‘
Hochspannungsanlagen und -kabinen: das ist die Leidenschaft eines Hochspannungstechnikers. Er installiert sie, schließt sie an, kümmert sich um die Wartung. Wenn Probleme auftreten, dann führt er die Reparaturen durch. Das ist nicht unwichtig: von Hochspannungsleitungen hält er sich fern.
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SOLARMODULE ‚Gas, Öl, Wind, Wasser... Generatoren brauchen diese Stoffe, um Elektrizität zu gewinnen. Aber auch die Sonne ist im Spiel. Und zwar über ordentlich installierte Solarmodule.‘
Ein Solarmodul nutzt das Licht der Sonne, um Elektrizität über das Stromnetz zu erzeugen. Sonnenenergie ist eine Form von nachhaltiger Energie. Und das lohnt sich natürlich immer.
oder
Falsch. Solarmodule funktionieren mit Licht. Das heißt auch dann, wenn es bewölkt ist. Auch wenn das Licht dann weniger intensiv ist.
Richtig
falsch
Solarmod nichts, w ule bringen enn d nicht sch ie Sonne eint.
An einem sonnig Temperatur von en Oktobertag, bei einer 10 Solarmoduls grö ° C, ist die Leistung eines ßer als im Somm er bei 35° C.
Richtig. Das liegt an der besseren elektrischen Leitung in Materialien bei niedrigen Temperaturen. Kühlung von Modulen mit Luft oder Wasser (im Sommer) kann daher mehr Leistung bringen.
BERUFE Photovoltaikanlagen Installateur (Solarmodule)
Unter ww w.electro-c lub kannst du dir Videocl .be ips ansehen, die genau zeigen, was Arbeit en mit Ele ktrizität eigentlich bedeutet.
Vielleicht sind ja auf dem Dach deines Hauses Solarmodule? Sie gewinnen Energie (und damit auch Elektrizität) aus dem Sonnenlicht. Eine sehr nachhaltige und umweltfreundliche Energiequelle also. Die Installation dieser - eben mal tief Luft holen Photovoltaikanlagen ist Maßarbeit für Spezialisten.
Klimatechniker
Nicht zu warm im Sommer, nicht zu kalt im Winter, immer schön gemütlich. Das regelt eben der Klimatechniker. Der macht das bei dir zu Hause, aber auch in Fabriken und Betrieben. Und sogar Museen nehmen seine Dienste in Anspruch: Viele Gemälde sind empfindlich und müssen bei einer bestimmten Temperatur aufbewahrt werden. Das gelingt mit einer Klimaanlage, die der Techniker installiert und wartet.
‚ Ich installiere auf sichere Weise ein Solarmodul auf deinem Dach und schließe alles an.‘
mal n u N rage F e ein Ich halte die Umwelt für sehr wichtig. Kann ich trotzdem Elektriker werden?
SELBSTVERSTÄNDLICH. Denk doch mal an Elektroautos. Sie scheinen eine gute Lösung zu sein für die traditionellen Benzin- oder Dieselautos, die schädliche Abgase ausstoßen und kostbaren Brennstoff verbrauchen. Andere Beispiele: Solarmodule und Windenergie, die beweisen, dass Elektrizität auch umweltfreundlich erzeugt werden kann. Noch etwas? Hausautomation. Mit Hausautomationssystemen kannst du dafür sorgen, dass das Licht von selbst ausgeht. Oder die Heizung automatisch abstellen, um sparsamer zu heizen.
3. Wohin ? h c i e h e g
WAS KÖNNEN WIR ALLES MIT ELEKTRIZITÄT MACHEN?
Elektromotoren
‚Eine der wichtigsten Anwendungen von Elektrizität ist zweifelsohne der Elektromotor. Wir hüpfenden Elektronen sorgen wörtlich und bildlich dafür, dass sich die Welt dreht.‘
Sorgt Elektrizit ät dafür, dass sich die Welt dreht? Wörtlich natürlich nicht, bildlich schon. Was würden wir ohne Waschmaschine, iPod oder elektrische Zahnbürste machen? Ohne Staubsauger, Kühlschrank, Rolltreppe und so weiter? In der Urzeit. Die Erfindung des Elektromotors hat die Welt verändert. Nicht nur, weil allerlei Anstrengungen wie Treppensteigen oder Waschen auf einmal leichter wurden. Ohne Elektromotor wäre das Phänomen Elektrizität nie in der breiten Öffentlichkeit angekommen. Es ist einfach toll, ein Glühdrähtchen aufleuchten zu lassen, aber deshalb gleich ein ganzes Elektrizitätsnetz bauen...
Wie funktioniert das? Ein Elektromotor ist eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt, mit der ein Gerät angetrieben werden kann. Ein Elektromotor wird in Maschinen gebraucht, wo sich etwas bewegen muss, oft mit einer Drehbewegung.
Wusstest du das? Der Elektromotor ist überall. Er ist in zahlreichen (Haushalts-)Geräten: Waschmaschinen, Kühlschränke, Staubsauger, Computer, Kameras... Außerdem treibt er zahlreiche Maschinen und sogar Züge, Straßenbahnen und auch Schiffe an. Auch in der Industrie werden im großen Maßstab Elektromotoren eingesetzt, um Pumpen, Laufbänder, Kräne und noch so, so, so viel mehr anzutreiben.
GRUNDPRINZIP
In der Nähe eines Magneten kommt ein Leiter, der unter Strom steht, in Bewegung.
Wenn du diesen Leiter und Magneten eine schlanke Form gibst wie auf dieser Zeichnung, geht das eine Stück nach oben und das andere nach unten und... du bekommst eine Drehbewegung! Ein richtiger Elektromotor kann den Magneten so anpassen, dass sich der Leiter weiterdreht.
BERUFE
‚Derzeit können wir mit Haussystemtechnik sogar aus der Ferne Dinge in Bewegung setzen.‘
Haussystemtechniker
Haus- und Gebäudesystemtechniker
Was ist eigentlich der Unterschied zwischen Haus- und Gebäudesystemtechnik? Nun, Gebäudesystemtechnik ist dasselbe wie Haussystemtechnik, nur in Bürogebäuden und Fabriken: automatisch die Temperatur und Beleuchtung steuern, bestimmte Räume verriegeln... Der Zweck ist natürlich, unseren Komfort zu steigern und bei unserer Energierechnung zu sparen.
Eine Beleuchtung, die sich jeden Abend automatisch einschaltet, oder eine Heizung, die stillsteht, sobald die Bewohner das Haus verlassen: das sind nur zwei Beispiele für Haussystemtechnik. Vor allem für diesen automatisierten häuslichen Komfort sorgt der Haussystemtechniker. Für seine Arbeit braucht er auch einige Informatikkenntnisse, denn das Haussystem wird per Computer gesteuert.
mal n u e N Frag e n i e
Wartungstechniker Motoren, Messinstrumente, Geschwindigkeitsregler: Das sind nur einige Beispiel für Geräte, Maschinen und Anlagen, die dem Wartungstechniker anvertraut werden. Es geht hauptsächlich um Reparaturen und Anpassungen von komplizierten Anlagen. Diesen Techniker triffst du daher vor allem in Fabriken und Betrieben.
Finde ich als Elektriker später leicht Arbeit?
JA!
Denn Elektriker sind sehr gefragt. Das ist auch während der Krise so. Und das ist logisch, da aus unserer Gesellschaft Elektrizität nicht mehr wegzudenken ist. Da ist noch eine wichtige Voraussetzung: Du musst die richtige Einstellung haben. Das bedeutet: gern arbeiten und lernbegierig sein.
KÜHLSCHRÄNKE / TIEFGEFRIERER ‚Es gibt Dinge, die auf den ersten Blick nichts mit Elektrizität zu tun haben. Nimm doch mal ein Eis. Wie ist es doch bloß so kalt geworden? Was meinst du? Ja richtig, durch uns.‘
COOL KÜHL In jedem Kühlschrank gibt es eine Wärmepumpe, der Motor des Kühlsystems. Diese Pumpe entzieht den Lebensmitteln und der Luft im Kühlschrank Wärme (nein nein, ein Kühlschränk produziert keine Kälte; das ist doch überraschend). Und dafür wird Energie benötigt, das heißt Elektrizität.
100 Jahre, doch nu r Mit der massiven Verbreitung von Elektrizität kamen auch gleich die elektrischen Kühlschränke. Das war nach 1900. Davor gab es ... Eisschränke. Die Menschen kühlten ihre Esswaren mit Eisblöcken. Was für ein enormer Segen doch die Elektrizität ist.
Kennzeichen / Energieverbrauch
Sparsam
Energieverschwendend
BERUFE Kühlmonteur
Unter ww w.electro-c lub kannst du dir Videocl .be ips ansehe die genau n, zeigen, wa s Arbeiten mit Elektr izität eige ntlich bedeutet.
‚Ich montiere Kühl- und Gefrieranlagen.‘
Kühl- und Gefrieranlagen montieren, ist die Aufgabe des Kühlmonteurs. Sein Arbeitsgebiet ist sehr unterschiedlich: Er arbeitet unter anderem bei Metzgern und im Gemüseladen, aber auch in Kühllastern und Lagerräumen. Ein Kühlmonteur, der eine Zusatzausbildung besucht, kann zum Kühltechniker aufsteigen. Eindeutig ein cooler Job...
Kühltechniker
Wo es kalt sein muss, wird Kühltechnik benötigt. Er kontrolliert, wartet und repariert Kühl- und Gefrieranlagen. Er hat sein Fach in der Regel dadurch gelernt, dass er zunächst Kühlanlagen montiert hat. Manchmal muss er Tag und Nacht bereit sein, um dringende Reparaturen auszuführen. Daher muss er jederzeit und überall kühlen Kopf bewahren.
LICHT
‚Mal sehen, worum kümmern wir uns noch mal? Um Licht im Dunkeln, natürlich.‘
Von der Öllampe zum LED
Lampas Das Wort ‚Lampe‘ stammt ab von ‚Lampas‘, einem der Pferde von Eos, der griechischen Göttin des Lichts.
Die ältesten Lampen waren die Öllampen aus dem alten Griechenland und Rom. Nun sind LED-Lampen im Vormarsch. Durch ihre längere Nutzungsdauer und dem sehr geringen Energieverbrauch werden LED-Lampen in naher Zukunft wahrscheinlich auch zahlreiche andere Lampenarten ersetzen.
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BRENNSTUNDEN
LED Led steht für light emitting diode (Leuchtdiode). Wie bitte? Was ist dann eine Diode? Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil, das elektronischen Strom sehr gut in eine Richtung leitet, aber fast gar nicht in die andere. Eine Diode funktioniert wie ein elektronisches Ventil. (Denke zum Beispiel an das Ventil an deinem Fahrradschlauch; dort kann die Luft rein, aber nicht raus, außer du drückst auf das Ventil.) Die leitende Richtung nennt man Durchlassrichtung und die andere Richtung Sperrrichtung. Wenn du elektrischen Strom durch eine LED in die Durchlassrichtung leitest, strahlt sie Licht aus.
Eine Glühlampe brennt durchschnittlich 1.000 Stunden, eine Sparlampe zwischen 8.000 und 15.000 Stunden. Spitzenreiter ist die LED-Lampe: bis zu 50.000 ‚Brennstunden‘ bitte.
Oled-tv OLED = Organic Light Emitting Diode. OLED-TV-Geräte sind hauchdünn (4 mm), verbrauchen viel weniger Strom als heutige Geräte und haben eine wesentlich höhere Bildschirmqualität. Sie sind aber noch gaaaaanz teuer...
Verkehrsampeln: Fahren, oder nicht: anhalten! Schaltelemente schalten auch die Verkehrsampeln aus und ein. Nein, nicht mit einem Knopf, auf den jemand drücken muss. Der Unglückliche würde sich bei diesem Job schnell die Finger verrenken und völlig verrückt werden. Und der Verkehr würde wohl schnell komplett zum Erliegen kommen. Zum Glück gibt es Schaltungen, bei denen Computer am Werk sind.
BERUFE Lichtreklametechniker
Unter ww w.electroclub.be ka nnst du dir Videoclips ansehen, die genau zeigen, wa s Arbeiten m it Elektrizit ät eigentlich bedeutet.
‚Ich sorge für Licht und Atmosphäre im Straßenbild.‘
Eine Stadt wäre düster und langweilig ohne Leuchtreklame. Zum Glück gibt es den Lichtreklametechniker, der für Atmosphäre sorgt. Er bringt die Reklameschilder, installiert sie, schließt sie an und lasst sie aufleuchten und wieder ausgehen. Und er hält sich bereit für Reparaturen, wenn sie durch einen heftigen Windstoß kaputtgehen oder wenn es einen technischen Defekt gibt.
Bühnentechniker
Elektroinstallateur Industrie
Ein Job mit Soul und Rock ‘n’ Roll. Der Bühnentechniker ist bei Konzerten und Theateraufführungen zu sehen. Er ist für Licht und Ton zuständig. Er schließt alle Komponenten, wie Lautsprecher und Mischpulte, zusammen und testet sie. Im richtigen Moment sorgt er für Scheinwerferlicht. Und er hat nichts dagegen, das gesamte Material ein- und auszuladen.
Dank dem Elektroinstallateur Industrie drehen sich die Maschinen in der Fabrikhalle. Er sorgt auch für Heizung und Beleuchtung. Kurzum: die elektrischen Anlagen in Betrieben und Fabriken sind das Werk dieses Installateurs.
KURZSCHLUSS Wenn die Leiter eines Stromkreislaufs Kontakt miteinander haben, ohne dass ein anderer Verbraucher im Stromkreis ist, sprechen wir von einem Kurzschluss. Der Strom fließt dann nicht mehr über den Verbraucher, sondern vom einen Pol der Stromquelle direkt zum anderen Pol. Häufige Ursache ist eine zu große Strommenge (Überstrom). Dann entsteht ganz viel Wärme, wodurch die Isolation kaputtgeht. Dadurch besteht Gefahr: Stromdrähte kommen miteinander in Kontakt und baff!, Kurzschluss. Die Folge: enorme Hitze und Brandgefahr. Ein Kurzschluss kann den Weihnachtsbaum zum Leuchten bringen. Die Glühbirnchen der Weihnachtsbaumbeleuchtung sind in Serie geschaltet. Wenn eine Glühbirne ausfällt, bekommen die anderen daher keinen Strom mehr. Das ist ganz schön dumm. Zum Glück gibt es den Kurzschlussdraht. Wenn der Glühfaden den Geist aufgegeben hat, kommt der Kurzschlussdraht zum Zug. Er übernimmt die Leitung und die anderen Glühbirnchen können brennen.
TELEFONE ‚Durch uns werden eure Telefongespräche in elektrische Signale umgewandelt und ihr könnt aus der Ferne miteinander reden.‘
Belgium Calling Folgender Fall. Stell dir vor, du telefonierst mit einem Freund in Amerika. Das Geräusch deiner Stimme wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Dieses Signal geht zur Telefonzentrale.
Dort wird das elektrische Signal in ein Lichtsignal umgewandelt.
Dieses Lichtsignal wird durch ein Glasfaserkabel nach Amerika geleitet. Dort wird wieder ein elektrisches Signal erzeugt und in Schall umgewandelt.
Wir verstehen einander.
Hertz (Hz) Schall besteht aus Schwingungen. Ein hoher Ton entsteht durch eine Menge kurzer Schwingungen, ein niedriger Ton durch eine geringere Frequenz. Die Schallfrequenz wird in Hertz (Hz) ausgedrückt, nach dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894). Dass wir jetzt Radio, Telefon und andere ‚Krachmacher‘ haben, verdanken wir der Entdeckung, dass Schallwellen in elektrische Signale umgewandelt werden können und umgekehrt.
….---… MORSEN
1844 erfand der Amerikaner Samuel Morse (17971872) ein handliches Gerät: den Telegraphen. Genauso wie jetzt mit dem Handy konnte er ein Nachricht versenden. Der Absender hatte einen Schalter, um abwechselnd Strom zu übermitteln oder abzuwehren. Wenn Strom durch den Kreislauf floss, drückte auf der Gegenseite ein Elektromagnet einen Streifen oder einen Punkt auf eine Papierrolle. Ein langer Stromstoß erzeugte einen langen Streifen, ein kurzer Stromimpuls nur einen kleinen Punkt. Morse hatte sich für seinen Telegrafen ein Alphabet aus Pünktchen und Strichelchen ausgedacht. Auf diese Weise konnten Menschen über große Entfernungen Nachrichten versenden. Bald wurden Papierberichte durch Funkmeldungen ersetzt: Die elektrischen Signale wurden in Funksignale umgesetzt (kürzere und längere Pieptöne), die der Empfänger notierte und dann übersetzte.
Probier es selbst aus. Wenn du weißt, dass O im Morsealphabet dargestellt wir mit – – – und S mit …, dann sende mit der Taschenlampe das Notsignal SOS!
BERUFE
Installateur für ober- und unterirdische Leitungen Ohne ihn würden unsere Dörfer und Städte völlig anders aussehen. Straßenbeleuchtung, Internet, Kabelfernsehen, Telefonnetz. Das würden wir alles vermissen, wenn es den Installateur von ober- und unterirdischen Leitungen nicht geben würde. Er verlegt alle Leitungen und sorgt außerdem für den Anschluss der öffentlichen Beleuchtung. Diese repariert und wartet er auch.
Internet ‚Durch uns saust die Information rasend schnell um die Welt.‘
erst seit 20 Jah ren Das Internet
ist ein sehr großes, die ganze Welt umspannendes Gebilde aus Computernetzen. Es ist eigentlich kaum vorstellbar, dass es das Internet, wie wir es jetzt kennen, erst seit 20 Jahren gibt. Ja, so schnell kann sich die Technologie entwickeln. Das Internet ist zu einem echten Massenmedium geworden. Dort findest du eine Unmenge Informationen. Das Suchen oder Erkunden nennt man daher treffend ‚Surfen‘.
Server Damit all diese Systeme funktionieren, sind ‚Server‘ notwendig. Das sind gewaltige Computer, die dafür sorgen, dass andere (kleinere) Computer funktionieren können. Ein Server: Denk an das französische servir oder das englische to serve. Er leistet also Dienste. Große Server befinden sich in Datenzentren. So ein Datenzentrum kann jedoch genauso viel Energie wie eine ganze Fabrik verbrauchen.
BERUFE
Telekommunikationsinstallateur Wir vergessen es manchmal: Dass wir telefonieren können, dass wir Radio hören oder mit Freunden chatten können, ist dem Telekommunikationsinstallateur zu verdanken. Er installiert die Schalter auf Posten und Giebeln, die Fernkommunikation ermöglichen. Nahezu jeder greift auf ihn zurück: Betriebe, Fabriken und Menschen wie du und ich. Ohne ihn müssten wir ohne SMS und Telefon auskommen: Kannst du dir das noch vorstellen?
! t i e b r A e i d An Kann ein Luftballon Licht erzeug en? Ja! Genauso wie deine Haare und der Blitz kann ein Luftballon elektrisch geladen sein. Ein Luftballon, den du 체ber deinen Pul li reibst, wird aufgeladen. H채ltst du ihn gegen einen anderen geladenen Luftballon, entstehen kleine Funken. Probier das einmal in ein em finsteren Raum aus, dann siehst du die Funken gut.
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Lass die Funke