Aus Strom wird Bewegung
Wenn sich in unserer modernen Welt etwas auf Knopfdruck dreht oder bewegt, sind fast immer Elektromotoren am Werk. Wir benutzen Zahnbürsten, Mixer, Waschmaschinen, Staubsauger und zahllose andere Geräte und Maschinen mit Stecker und denken nicht weiter darüber nach, wie sehr all diese Dinge unser Leben erleichtern. Diese Nichtbeachtung ist verständlich, denn Elektromotoren verrichten versteckt und unauffällig viele Jahre lang ihren Dienst. Erst bei einem Stromausfall wird uns bewusst, was alles auf einmal stillsteht. Zum Glück ist die Versorgungssicherheit in der Schweiz ausserordentlich hoch und Unterbrüche dauern in der Regel nur wenige Sekunden oder Minuten.
Was ist nun aber ein Elektromotor? Kurz gesagt: ein Wandler. Er wandelt elektrische Leistung in mechanische Leistung um. Das ist möglich durch die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms: Die Drehbewegung eines Elektromotors beruht auf den Anziehungs- und Abstossungskräften, die mehrere Magnetfelder aufeinander ausüben. Im üblichen Elektromotor gibt es einen feststehenden Aussenteil sowie einen sich darin drehenden Innenteil, die so genannte Spule. Jede Spule unter Strom erzeugt ein Magnetfeld, das wegen des rotierenden Mittelteils ständig die Richtung wechselt. Durch dieses ständige Umpolen der Spulen dreht sich der Innenteil kontinuierlich. Diese Drehung wiederum wird durch eine Welle im Gerät oder in der Maschine in eine mechanische Bewegung übersetzt. Ob nun also riesige Kräne, schwere Lokomotiven, elegante Autos oder eine digitale Armbanduhr: Elektromotoren halten uns und die Welt um uns in Bewegung.
Was ist elektrischer Strom?
Strom beruht, simpel ausgedrückt, auf der Bewegung winziger Teile mit elektrischer Ladung, den Elektronen. Diese sind kleiner als Atome und geladen, wodurch sie sich wie Magnete an- oder abstossen. Wenn sie sich in einem Kabel bewegen, dann fliesst Strom – ähnlich wie Wasser durch einen Fluss. Will man elektrischen Strom messen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Menge der Elektronen, die in einer bestimmten Zeit durch ein Kabel fliesst, misst man in Ampere. Dies entspricht der Menge des fliessenden Wassers. Die Stärke des «Antriebs» des Stromes nennt man Spannung, gemessen in Volt. Sie entspricht beim Fluss dem Gefälle, also wie steil der Abschnitt ist. Eine normale Batterie hat höchstens neun Volt, eine Autobatterie zwölf oder 24 Volt. Aus der Steckdose kommen 230 Volt.
Watt und Pferdestärken
Die Masseinheit Watt bezeichnet die Leistung, also den Energieumsatz pro Zeitspanne. Ein Watt ist so viel Leistung, wie es braucht, um ein Gramm Wasser um 14,3°C zu erwärmen. Ein Mensch kann für kurze Zeit bis zu 500 Watt Leistung bringen, ein Pferd über einen längeren Zeitraum etwa 735 Watt, was einer Pferdestärke (PS) entspricht. Je mehr Watt, desto kräftiger ist der Haartrockner, oder desto lauter sind der Lautsprecher und andere elektrische Geräte.
Leistungen einiger Geräte:
- Laptop: 80 Watt
- Kühlschrank: 120 Watt
- Dunstabzugshaube: 500 Watt
- Wasserkocher: 1’000 Watt
- Waschmaschine: 2300 Watt
- Geschirrspüler: 3000 Watt
Nicht allein die Leistung zählt, sondern auch die Dauer und Häufigkeit der Benützung: Ein Fön mit 2’000 Watt, der täglich fünf Minuten benutzt wird, verbraucht im Jahr rund 61 kWh. Ein Flachbild-TV mit 100 Watt, der täglich zwei Stunden läuft, verbraucht im Jahr etwa 73 kWh. Ein Kochherd mit 4’000 Watt, der täglich eine halbe Stunde eingeschaltet ist, verbraucht im Jahr 730 kWh.
Wie der Strom die Lokomotive antreibt: Die Lokomotive fährt davon.
Muskelkraft vs. Elektromotor
Auch der Mensch setzt Energie in Bewegung um, allerdings nicht aus elektrischer, sondern aus chemischer Leistung. Wir gewinnen diese aus pflanzlicher und tierischer Nahrung. In den Nährstoffen steckt in umgewandelter Form die Sonnenstrahlung. Unser Stoffwechsel nutzt diese chemische Energie und wandelt sie um in mechanische Energie, die muskuläre Bewegung. Im Schnitt verbraucht ein Erwachsener bei leichter Tätigkeit im Jahr etwa 1’000 Kilowattstunden (kWh) oder 860’000 Kilokalorien (kcal) Energie in Form von Nahrung. Im Vergleich dazu: Der durchschnittliche Stromverbrauch eines Menschen in der Schweiz in einem Jahr beläuft sich auf rund 1’500 bis 2’500 kWh.
So viel Strom braucht die Schweiz
Während sich in den letzten hundert Jahren die Bevölkerung in der Schweiz praktisch verdoppelte, stieg der Stromkonsum pro Kopf im selben Zeitraum um das 30-fache. Rund ein Drittel des Gesamtverbrauchs an Strom entfällt auf die privaten Haushalte. Industrie, Gewerbe- und Dienstleistungsunternehmen weisen einen Verbrauchsanteil von etwa 60 Prozent auf. Der öffentliche Verkehr, also die SBB und weitere Verkehrsbetriebe, benötigen rund acht Prozent des Schweizer Stroms (Zahlen von 2018). In den letzten Jahren betrug der Stromverbrauch in der Schweiz stets rund 58 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr.