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Entwicklung der Strom und Elektrizität Innovationen über die Jahrhunderte

Strom und Energie Tipps

Obwohl die moderne Elektrizitätsversorgungsindustrie erst in den späten 1800er Jahren begann, sind wir von Elektrizität fasziniert, seit unsere Vorfahren zum ersten Mal Blitze sahen. Die alten Griechen entdeckten, dass das Reiben von Bernstein eine elektrische Ladung erzeugte. Elektrizität ist ein grundlegender Bestandteil der Natur und eine unserer am weitesten verbreiteten Energieformen. Es ist eine sekundäre Energiequelle, die wir aus der Umwandlung von Primärquellen wie Erdgas, Öl, Kohle und Kernkraft beziehen. Viele Städte und Gemeinden wurden neben Wasserfällen gebaut, die Wasserräder drehten, um Arbeiten auszuführen. Vor Beginn der Stromerzeugung beleuchteten Kerosinlampen Häuser, Eiskästen wurden verwendet, um Lebensmittel kalt zu halten, und Räume wurden durch Öfen erwärmt. Die „Notwendigkeiten“ von heute wie Glühbirnen, Ventilatoren, Klimaanlagen und Kühlschränke stammen aus den Ideen von Erfindern, die vor über 100 Jahren lebten. Viele von uns sind mit Benjamin Franklins berühmtem Drachenexperiment und Thomas Edisons elektrischer Glühbirne vertraut, aber es gab viele andere Erfinder, die viel zu unserer modernen Nutzung von Elektrizität beigetragen haben. Einige dieser Erfinder versuchten einfach, alte Ideen zu verbessern, und andere sahen eine Notwendigkeit und ließen ihrer Neugier bei jedem Experiment freien Lauf, bis sie etwas Neues entdeckten. Jede Erfindung ebnete den Weg für die nächste.

Mitte der 1600er Jahre begann Otto von Guericke, ein deutscher Physiker, mit der Stromerzeugung zu experimentieren. Im Jahr 1670 erfand er die erste Maschine, die Elektrizität in großen Mengen mit einem Schwefelball erzeugte, den er drehte, und er hielt seine Hand gegen die Kugel und lud sie mit Elektrizität auf. Andere, wie Isaac Newton, benutzten diese Maschine später mit einer Glaskugel anstelle von Schwefel und später mit einem Zylinder und dann mit einer Glasplatte.

1747 begann Benjamin Franklin mit Elektrizität zu experimentieren und schlug den Begriff der positiven und negativen Ladung vor. Er führte 1752 sein berühmtes Drachenexperiment durch, um zu beweisen, dass Blitze eine Form der elektrischen Entladung waren. Während eines Gewitters ließ er einen Drachen mit einem steifen Draht nach oben zeigen, der an der Oberseite des Drachens befestigt war, und einen Schlüssel, der am anderen Ende der Schnur befestigt war, und ließ ihn in der Nähe eines Glases hängen. Die Schnur wurde vom Regen nass und ließ Funken vom Schlüssel in das Glas springen, bis das Glas keine Ladungen mehr verkraften konnte. Dieses Experiment bewies, dass Elektrizität und Blitz eins sind und dass spitze Stäbe Elektrizität besser leiten als Kugeln, was zu Franklins Erfindung des Blitzableiters führte. Beginnend mit diesem Experiment wurden die Prinzipien der Elektrizität allmählich verstanden.

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SonnenblumeIm Jahr 1800 erfand ein italienischer Professor, Alessandro Volta, den Voltaikpfahl, der heute als elektrische Zelle oder Batterie bezeichnet wird. Er machte einen Stapel Scheiben aus Zink, Säure oder salzgetränktem Papier und Kupfer, und als er beide Enden berührte, erhielt er einen Schock. Der Volt ist nach Volta benannt. Ein anderer, der in der ersten Hälfte der 1800er Jahre einen großen Beitrag zu unserer modernen Nutzung der Elektrizität leistete, war Michael Faraday. Er führte Experimente über Elektrizität und Magnetismus durch, die zu modernen Erfindungen wie Motor, Generator, Telegraf und Telefon führten. 1831 experimentierte er mit Induktion und entdeckte eine Möglichkeit, viel Strom auf einmal zu erzeugen. Sein Prinzip der elektromagnetischen Induktion nutzen wir heute zur Stromerzeugung in Elektrizitätswerken.

Mitte der 1800er Jahre veränderte die Erfindung der elektrischen Glühbirne das Leben aller. Diese Erfindung verwendete Elektrizität, um Innenbeleuchtung in unsere Häuser zu bringen. Thomas Edison, ein amerikanischer Erfinder, erfand die Glühbirne nicht, sondern verbesserte eine 50 Jahre alte Idee und erfand eine Glühbirne. Viele Menschen vor ihm hatten Formen der elektrischen Beleuchtung entwickelt, aber keine davon war für den Heimgebrauch praktisch. Im Jahr 1879, nachdem er anderthalb Jahre lang experimentiert hatte, verwendete er Strom mit geringerem Strom, einem Glühfaden aus karbonisiertem Nähfaden und einem verbesserten Vakuum im Inneren des Globus, um eine praktische, elektrische Glühbirne herzustellen. Edison demonstrierte sein Glühlampensystem für die Öffentlichkeit, als er den Laborkomplex Menlo Park elektrisch beleuchtete. Er erkannte die Notwendigkeit eines elektrischen Verteilungssystems, um die Beleuchtung mit Strom zu versorgen, und 1882 versorgte das erste zentrale kommerzielle Glühlampenkraftwerk die Kunden in einem Quadratmeilengebiet in New York City mit Licht und Strom. Dies war der Beginn des elektrischen Zeitalters, als sich die Branche von Gas- und elektrischen Kohlenstoff-Lichtbogen-Gewerbe- und Straßenbeleuchtungssystemen entwickelte. In den späten 1880er Jahren brachte die Nachfrage nach Elektromotoren die Industrie zum 24-Stunden-Service und der Strombedarf für Transport und Industriebedarf wurde dramatisch erhöht. Viele US-Städte hatten jetzt kleine Hauptstationen, aber jede war aufgrund der Übertragungsineffizienzen von Gleichstrom (DC) auf ein Gebiet von nur wenigen Blöcken beschränkt. Als sich die Elektrizität auf der ganzen Welt ausbreitete, expandierten die verschiedenen Elektrizitätsunternehmen von Edison weiter, bis sie sich 1889 zu Edison General Electric zusammenschlossen. Drei Jahre später fusionierte Edison General Electric mit seinem führenden Konkurrenten Thompson-Houston und das Unternehmen wurde einfach zu General Electric.

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Einer der Hauptkonkurrenten von Thomas Edison war George Westinghouse Jr., ein Pionier der Elektroindustrie. 1886 gründete er die Westinghouse Electric and Manufacturing Company, um die Technologie des Wechselstroms (AC) zu verfolgen. Ein Wechselstromsystem ermöglichte es, die Spannungen durch einen Transformator für die Verteilung zu „erhöhen“, was die Verlustleistung reduzierte, und dann von einem Transformator für den Verbrauchergebrauch „heruntergestuft“ zu werden. Er dachte, dass Edisons Stromnetz, das auf Niederspannungsgleichstrom basiert, zu ineffizient sei, um auf eine große Größe skaliert zu werden. 1885 kaufte Westinghouse von Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs entwickelte Leistungstransformatoren. Transformatoren waren keine neue Erfindung, aber dieses Design war eines der ersten, das in der Lage war, große Mengen an Energie zu bewältigen, aber dennoch leicht herzustellen war. Mit diesen Transformatoren und einem Siemens-Wechselstromgenerator begann er mit Wechselstromnetzen zu experimentieren. Westinghouse arbeitete daran, das Transformatordesign zu perfektionieren und mit Hilfe von William Stanley und Franklin Leonard Pope ein praktisches Wechselstromnetz aufzubauen. 1886 installierten Westinghouse und Stanley das erste Mehrspannungs-Wechselstromnetz. Das Netz wurde von einem Wasserkraftgenerator angetrieben, der 500 Volt produzierte. Die Spannung wurde für die Verteilung auf 3.000 Volt erhöht und dann wieder auf 100 Volt reduziert, um elektrisches Licht mit Strom zu versorgen. Dieses Gerät ermöglichte es, den elektrischen Service über ein weites Gebiet zu verteilen und ermöglichte die Verfügbarkeit von Wechselstrom bei verschiedenen Spannungen, was die Grundlage für die moderne elektrische Energieverteilung bildete. Im Laufe des nächsten Jahres wurden 30 weitere Wechselstrombeleuchtungssysteme installiert, aber die Methode war begrenzt, da ihnen ein effizientes Messsystem und ein Wechselstrom-Elektromotor fehlten. Im Jahr 1888 entwickelten Westinghouse und sein Ingenieur Oliver Shallenberger einen Leistungsmesser, der effektiver sein sollte, und die gleiche grundlegende Zählertechnologie ist bis heute in Gebrauch.

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Nikola Tesla war einer der wichtigsten Mitwirkenden an der Geburt der kommerziellen Elektrizität. Er war ursprünglich ein Angestellter von Thomas Edison und er erfand ein System, das Wechselstrom übertrug, im Gegensatz zu Edisons Gleichstromsystem. Edison widersetzte sich Teslas Idee, also richtete Tesla sein eigenes Labor ein und kündigte 1888 seine Erfindung des ersten praktischen Wechselstrom-Induktionsmotors und des mehrphasigen Kraftübertragungssystems an. Das Mehrphasensystem würde die Übertragung von Wechselstrom über große Entfernungen ermöglichen. Westinghouse bat Nikola Tesla, seinem Elektrizitätsunternehmen beizutreten, wo Tesla seine Arbeit am Wechselstrom-Induktionsmotor fortsetzte und Westinghouse die Exklusivrechte an Teslas Polyphasen-Systempatent erwarb. Alle unsere Elektromotoren laufen heute nach den von Tesla festgelegten Prinzipien, wie z.B. dem Motor, der Hochfrequenzsignale erzeugt, die in Radios und Fernsehern verwendet werden. Er setzte auch den Standard für die Frequenz des Sendestroms, 60 Hertz, die wir heute noch betreiben.

Westinghouse und Edison stritten um die Verteilung von Wechselstrom und Gleichstrom. Edison verwendete nur Gleichstrom, weil er dachte, dass Wechselstrom gefährlich sei, aber Westinghouse dachte, dass die Risiken kontrolliert werden könnten und durch die Vorteile aufgewogen wurden. Sogar General Electric schaltete schließlich auf Wechselstrom um. Im Jahr 1893 erhielt die Westinghouse Company den Auftrag, ein Wechselstromnetz einzurichten, um die World’s Columbian Exposition in Chicago zu beleuchten und später das erste Langstreckennetz mit drei riesigen Wechselstromgeneratoren einzurichten, um die Energie der Niagarafälle in elektrische Energie für die Verteilung 25 Meilen entfernt zu nutzen.

Jetzt, über 100 Jahre später, denken Sie darüber nach, wie viel wir jeden Tag Strom verbrauchen und uns darauf verlassen, um das zu befriedigen, was wir als unsere „Grundbedürfnisse“ wie Wecker, Ampeln, Computer und Fernseher betrachten. Wenn wir in einen dunklen Raum gehen und den Lichtschalter umlegen, erwarten wir sofortiges Licht. Es ist interessant zu denken, dass dies einst nur ein Tagtraum war und es viele Erfinder brauchte, um es Wirklichkeit werden zu lassen.

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