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Physik

    Physikalische Grundlage

     

         Der Atomkern

    besteht aus Protonen und Neutronen.

Kern

  • sie bilden das Atomgewicht
  • die Protonen besitzen eine positive Ladung
  • die Neutronen sind elektrisch neutral

 

 

    Die Atomhülle

    besteht aus Elektronen ihr Gewicht, ist verschwindend gering.

Hül

 

  • sie besitzen eine negative Ladung
  • sie umkreisen den Atomkern auf
  • mehreren Schalen (K-P)
  • jede Schale kann eine bestimmte Anzahl von  Elektronen  aufnehmen

 

 

    Das Atom ist nach außen hin elektrisch neutral,

    da die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist. Die positive  Ladung des Kerns und die negative Ladung der Hülle heben sich auf.

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    Die Gleichspannung

    Die elektrische Ladung

    Der Elektronenmangel

    Teilchen können durch Elektronenabgabe eine positive Ladung erhalten, es entsteht ein Elektronenmangel.

    Der Elektronenüberschuss

    Teilchen können durch Elektronenaufnahme eine negative Ladung erhalten, es entsteht ein Elektronenüberschuss.

     

    Die Gleichspannung

    Werden elektrische Ladungen getrennt entstehen:

     

  • ein Pol mit Elektronenmangel; der Pluspol, die Anode, rot                                     Plus
  • ein Pol mit Elektronenüberschuss; der Minuspol, die Kathode, schwarz (blau)  Minus
  •  

    zwischen diesen Polen besteht eine elektrische Kraft, die Gleichspannung. Steigt die Anzahl der getrennten Ladungen, wird die elektrische Spannung (Formelzeichen U), immer größer. Sie wird in Volt  (V) angegeben.

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    Der Gleichstrom

    Bewegen sich Elektronen vom Ort des Elektronenüberschusses (Kathode) zum Ort des Elektronenmangels (Anode) wird diese rVorgang als Stromfluss bezeichnet. 
     

    Steigt die Anzahl der sich bewegenden Elektronen an,  nimmt die Stromstärke (Formelzeichen I) zu. Sie wird in Ampere (A) angegeben.
    Diese Elektronenbewegung wird als physikalische Stromrichtung bezeichnet.

     

Metall

 

Ein Stromfluss ist nur möglich, wenn Kathode und Anode mit einem Leiter verbunden werden, in dem sich die Elektronen frei bewegen können.

 

 

    Besitzt ein Körper keine frei Beweglichen Elektronen, wird er als Isolator bezeichnet.

     

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    Der Stromfluss in Metallen

    Metalle besitzen eine sehr große Anzahl von frei Beweglichen Elektronen. Sie  sind deshalb gute elektrische Leiter. Diese Elektronen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit.

     

Elektr

Je geringer die Anzahl der frei beweglichen Elektronen ist, desto größer ist der elektrische Widerstand (Formelzeichen  R) eines Leiters. Er wird in Ohm (Ω) angegeben.

 

     

    Die Zusammenhänge zwischen Spannung,  Stromstärke und Widerstand sind im Ohmschen Gesetz beschrieben.

      U=R*I       I=U/R       R=U/I 

     

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    Der Stromfluss in Flüssigkeiten

    Durch das Anlegen einer Gleichspannung, bewegen sich, in Flüssigkeiten, Ionen zu den elektrischen Polen. Ionen entstehen z.B. durch Dissoziation (aufnehmen bzw. abgeben von Elektronen).  So entsteht  aus NaCl (Kochsalz) im Wasser, ein Na+  Ion  und ein Cl-  Ion.

     

    Flüssig

     

    Da sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, wandern die positiven Natriumionen (Na+)
    zur Kathode. Deshalb werden sie als Kathionen bezeichnet. Die negativen Chloridionen (Cl-)
    wandern zur Anode und werden als Anionen bezeichne.

     

 

 

     

    Die Elektrolyse

     

    Elektrolyse

    Durch das Anlegen einer Gleichspannung wandern die Ionen zu den elektrischen Polen.
    Die positiven Natriumionen, bei denen ein Elektronenmangel besteht, erhalten an der Kathode ein Elektron und werden zu einem neutralen Natriumatom. Die negativen Chloridionen, bei denen ein Elektronenüberschuss besteht,  geben an der Anode ein Elektron ab und werden zu einem neutralen Chloratom.

     

     

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    Die Wechselspannung

    Bei einer Wechselspannungsquelle werden die elektrischen Pole ständig Vertauscht. Darum hat eine Wechselspannung keine festen Pole.

    Wechselsp

     

    Die Anzahl der Polwechsel pro Sekunde  wird durch die Frequenz, in Hertz (Hz), angegeben

    Die Maßeinheit der Wechselspannung ist Volt (V) z.B. 220 V

     

 

    Bei einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz werden die Pole 50 mal in der Sekunde vertauscht.

    Pe

    Ein Wechsel, also eine Periode, dauert 1/50   Sekunde = 0,02 s = 20ms.

    Die Periodendauer t  wir aus dem Kehrwert der Frequenz F  berechnet  

     

      t=1/F    t in s, F in Hz

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    Der Wechselstrom

    Wird eine Wechselspannungsquelle mit einem elektrischen Verbraucher verbunden, so fließt ein Wechselstrom. Das vertauschen der Pole bewirkt, das sich die Stromrichtung Ständig ändert.
    Die Frequenz des Wechselstromes entsteht durch die  Frequenz der Wechselspannung
    .

    PeI

     

    Hat eine Wechselspannungsquelle eine Frequenz von 50 Hz, so fließt durch einen angeschlossenen Verbraucher ebenfalls ein Strom mit einer Frequenz von 50 Hz..

     

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    Der Stromimpuls, die Impulsform

    Fließt ein elektrischer Strom nur für eine sehr kurze Zeit (< 1s) wird er als Stromimpuls oder nur als Impuls bezeichnet.

    Die Eigenschaften eines Stromimpulses werden bestimmt durch:

Impuls

 

den Anstieg; das Einschalten

die Dauer

den Abfall; das Ausschalten

die Intensität;  Stärke

 

     

    Die Stromimpulse werden nach ihrer Kurvenform (Aussehen) benannt:

 

Iform

 

Rechteckimpuls     (blau)

Sägezahnimpuls     (rot)

Dreieckimpuls        (grün)

Nadelimpuls           (gelb)

                                                                        

                                                                                   

                                                                                   

    Der eigentliche Exponentialstrom

     

    Expo

     

     

    Eine besondere Form hat ein Exponentialstrom. Diese Ströme werden in modernen Geräten nicht mehr angewendet, da sie sehr ungenau und schwer zu definieren sind.

            

 

 

 

 

    Frequenz, Stromflusszeit und Pausenzeit

     

    Die Frequenz         F  pulsierender Ströme ergibt sich aus der

    Stromflusszeit     T  der Dauer des Impulses, und der

    Pausenzeit             R zwischen den Impulsen. Die

    Periodendauer      t wird aus Stromflusszeit plus Pausenzeit berechnet.

     

    T+R = Periode

    T+R

     

     

     

     

     

     

                 F in Hz, T in s, R in s

 

     Die Dauer einer Periode  t=1/F      t in s,  F in Hz

    Da wir  in der Elektrotherapie sehr oft mit Impulsen im Millisekunden Bereich  (ms) Arbeiten ist die Formel modifiziert worden.

    F=1000/((T+R))      F  in Hz ,     T und R  in ms

    t=1000/F              t  in ms,  F  in Hz     

 

 

 

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