Der Atomaufbau und seine Bestandteile

Wer sich mit der Elektrotechnik auseinandersetzt, der sollte zunächst die Grundlagen beherrschen, Grundbegriffe kennen und die Zusammenhänge verstehen lernen.

Dipl.-Ing. H. H. Wagener, Lehrer aus Mönchengladbach, hat einige Videos zu den Grundlagen der Elektrotechnik erstellt und mir erlaubt, die Videos hier bei ET-Tutorials.de einzubinden.

Das erste Tutorial von mg-spots.de spricht zuerst den Atomaufbau und seine Bestandteile an. Ein Beispiel: Wenn wir von Elektronenbewegung in einem Leiter sprechen, so handelt es sich bei den Elektronen um Bestandteile eines Atoms. Die Zusammenhänge muss man jedoch erst verstehen lernen.

Atomaufbau: Elektronen, Protonen und Neutronen

Ein Atom ist das kleinste Teilchen eines Grundstoffes. Grundstoffe sind zum Beispiel Kupfer, Wasserstoff oder Silizium. Bekannt dürften diese aus dem Periodensystem aus dem Chemieunterricht sein.

Schaut man sich ein Atom genauer an, so besteht dieses aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Jedes dieser Bestandteile eines Atoms hat eigene Eigenschaften. So ist ein Elektron negativ elektrisch, Proton positiv elektrisch und ein Neutron elektrisch neutral geladen.

Dabei sollte man wissen, dass für Atome und für die einzelnen Bestandteile andere physikalische Gesetze gelten, als die, die wir aus dem Alltag kennen.

Atommodell: vereinfachte Darstellung von Atomen

Atome können wir mit dem bloßen Auge nicht sehen. Physiker und Chemiker können diese jedoch mit ihren Gerätschaften sichtbar machen. Aus der Physik oder Chemie kennen wir die Atome aus speziellen Atommodellen.

Eines dieser Atommodelle ist das Bohrsche Atommodell (Schalenmodell), welches vom dänischen Physiker Niels Bohr (1885-1962). Bei dem Schalenmodell wird davon ausgegangen, dass sich die Elektronen auf Kugelförmigen Außenschalen um den Atomkern bewegen. Dabei haben diese eine spezielle Anordnung und sind „gleichmäßig“ verteilt. Der Atomkern besteht dabei aus der gleichen Anzahl von Neutronen und Protonen. Ein Atom ist deshalb nach außen elektrisch neutral.

Anmerkung: Ein Atom besteht aus mindestens einer und maximal acht Außenschalen. Die erste Außenschale kann maximal zwei Elektronen fassen. Alle weiteren Schalen maximal acht Elektronen. Sobald eine Außenschale also (außer die erste Schale) acht Elektronen besitzt, ist diese voll und die nächste fängt an.

Nimmt man sich als Beispiel ein Kohlenstoffatom, so besitzt dieses sechs Elektronen. Davon befinden sich vier auf der äußersten Schale. Diese vier Elektronen nennt man auch Valenzelektronen und bestimmten die elektrische und chemische Eigenschaft des Atoms. In diesem Moment ist Kohlenstoff 4-wertig, da es vier Valenzelektronen besitzt. Auch bestimmen die Valenzelektronen, wie sich Atome miteinander verbinden können.

Elektrische Spannung – Atome ziehen sich an

Elektronen und Protonen ziehen sich an, diese Anziehungskraft nennt man auch „elektrische Spannung“. Damit elektrischer Strom fließen kann, muss eine Spannung vorhanden sein. Dies kann man realisieren, in dem die Elektronen und Protonen getrennt werden. Ein gutes Beispiel dafür ist eine Batterie.

Hier sind beide voneinander getrennt und möchten sich ausgleichen. Dies kann jedoch nur geschehen, in dem eine leitende Verbindung hergestellt wird. Ein Beispiel dafür ein Draht . In dem Fall würde dann elektrischer Strom fließen.

Schaut man sich jetzt den Atomaufbau noch einmal an, wird deutlich, dass die Protonen im Atomkern „gefangen“ sind. Die Elektronen können sich hingegen frei bewegen. Fließenden Strom, so wie wir ihn kennen, bedeutet also die Elektronen bewegen sich vom negativen Pol zum positiven Pol an einer Spannungsquelle (Beispiel Batterie).




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