Wie funktioniert ein Induktionsherd?

Wer in den letzten Jahren einen Herd gekauft hat, stand mit Sicherheit vor der Frage: Welche Art von Herd will ich denn eigentlich? Immer mehr Menschen entscheiden sich beim Kauf für die wohl neuste Variante, einen Induktionsherd. Aber wie funktioniert eigentlich so ein Induktionsherd und was unterscheidet ihn von anderen Herden?

Die Hauptneuerung beim Induktionsherd ist, dass am Herd selber, also auch auf den Herdplatten beim Kochen erst einmal gar nichts heiß wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herden gibt es nämlich keine Wärmequelle unter den Herdplatten. Im Induktionsherd ist an dieser Stelle nur eine Spule, die zwar von Strom durchflossen wird, aber sich dabei nicht erhitzt. Eine herkömmliche Heizspule hat einen so großen Widerstand, dass sie sich erhitzt, wenn sie von Strom durchflossen wird. Diesen Effekt kennt man unter anderem auch von Glühbirnen mit einem Glühdraht. Die Induktionsspule leitet den Strom allerdings sehr gut. Wird so eine Spule aber mit einem Wechselstrom durchflossen, der mit hoher Frequenz quasi immer seine „Richtung“ wechselt, erzeugt sie im näheren Umfeld ein Magnetfeld. Auch dieses Magnetfeld wechselt dabei ständig seine Ausrichtung. Genau das passiert erst einmal, wenn man den Herd einschaltet. Auf dem leeren Herd wird auch noch nichts heiß. Erst wenn man einen Topf auf die Platte stellt passiert etwas. Genauso, wie der Strom in der Spule ein Magnetfeld hervorruft, kann anders herum ein Magnetfeld in einem metallischen Gegenstand (Topf) einen Strom hervorrufen. Metalle besitzen freie Elektronen, die durch das Magnetfeld in Bewegung gebracht werden. Es fließt quasi ein ständig wechselnder Strom im Topfboden, ein sogenannter induzierter Wirbelstrom. In dem schlecht leitenden Topf mit hohem Widerstand passiert jetzt wieder das, was auch in einer Glühbirne oder einer Heizspule passiert. Der Topf erwärmt sich. Natürlich nicht so stark, dass er zu glühen anfängt, aber doch stark genug, dass man gut darin kochen kann. Da ein Magnetfeld aber nur auf Metalle einen Einfluss hat, wird die Herdplatte selber, welche aus einer Glaskeramik besteht, nicht warm. Wenn man den Topf nach dem Kochen von der Platte nimmt, ist diese aber natürlich auch warm, da ja ein heißer Topf drauf stand.

Häufig wird die Frage gestellt, ob so ein Induktionsherd denn gefährlich sein kann. Tatsächlich gibt es ein paar Regeln, die man beim Kochen am Induktionsherd beachten sollte. Genauso wie der Topf im Magnetfeld heiß wird, kann das nämlich auch mit einem Ring, einer Halskette oder anderen metallischen Gegenständen passieren. Auch elektrische Komponenten, wie Uhren oder auch Herzschrittmacher können durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Entsprechende Gegenstände sollten dann beim Kochen eben nicht getragen werden und im Falle eines Herzschrittmachers ist vielleicht doch zu überlegen, ob man sich nicht einen anderen Herd zulegt. Allgemein sind die Auswirkungen von Magnetfeldern, wie die eines Induktionsherdes, auf den menschlichen Körper nicht komplett verstanden und werden dadurch häufig diskutiert. Die WHO (Weltgesundheitsorganisation) hat diese allerdings als möglicherweise Krebs erregend eingestuft. Grundsätzlich macht also ein gewisser Sicherheitsabstand zur Platte und damit dem Magnetfeld Sinn, den man bei einem herkömmlichen Herd aber normalerweise auch einhält.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/physik-des-induktionsherdes/

https://praxistipps.focus.de/induktionsherd-und-die-gesundheit-so-gefaehrlich-sind-die-kochfelder_59673

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Wie funktioniert ein Alkoholmessgerät?

Die Kirchweihzeit hat bereits begonnen und auch wenn man es meist vermeiden will, fährt der Ein oder Andere auch mal mit dem Auto hin. Hier gilt dann immer die gleiche Frage: Wie viel kann ich trinken um unter den erlaubten 0,5 Promille zu bleiben? Ein guter Test ob man noch Autofahren darf ist ein wiederverwendbares Alkoholmessgerät, wie es auch die Polizei verwendet. Man pustet hinein und auf der Anzeige steht der Promille-Wert. Aber wie funktioniert so ein Messgerät eigentlich?

Die meisten Geräte messen den Alkoholgehalt im Atem mit Hilfe einer elektrochemischen Zelle. Diese besteht aus zwei Elektroden, von denen eine mit Ethanol (also „Trink“- Alkohol) reagiert. Dabei gibt das Ethanol Elektronen ab, die dann über ein Elektrolyt zur zweiten Elektrode transportiert werden. Über eine Verbindung der beiden Elektroden fließen die Elektronen dann wieder zurück. Es entsteht also ein Stromfluss, der gemessen werden kann. Je höher der Ethanol Anteil im Atem ist, desto größer ist der Stromfluss zwischen den Elektroden. Da der Alkohol im Blut gemessen werden soll und dieser höher ist als der Anteil im Atem, wird der generierte Wert noch mit einer Konstante multipliziert und der errechnete Promille-Wert kann auf dem Display angezeigt werden.

Der Vorteil eines solchen Alkoholmessgerätes ist, dass es beliebig oft wiederverwendet werden kann. So kann man, wenn man unsicher ist, vor der Autofahrt testen, ob man noch fahren darf oder ob man doch lieber auf dem Sofa vom Kumpel übernachten sollte.

 

Quellen:

https://www.alkoholtester-infos.de/digitale-alkoholtester-funktionsweise/

https://www.tagesspiegel.de/berlin/so-funktionieren-alkoholmessgeraete-fuer-die-atemluft/851690.html

Wie funktioniert eine LED?

Sie sind heutzutage nicht mehr weg zu denken – LEDs. LED steht für „light emitting diode“ und ist eine Diode, also ein elektrisches Bauteil, das Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Sie finden in allen Lebensbereichen ihren Einsatz und sind immer mehr dabei herkömmliche Leuchtmittel, wie Glühbirnen zu verdrängen. Aber wie funktioniert eine LED eigentlich und was macht sie besser als eine Glühbirne?

Eine LED besteht aus einem sogenannten Halbleitermaterial. Solche Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie aus einer Seite mit einem Elektronenüberschuss und einer Seite mit einem Elektronenmangel bestehen. Fließt nun Strom durch die Diode, können die Elektronen aus der Überschussseite in die Mangelseite übergehen. Bei diesem Übergang gehen die Elektronen in einen energieärmeren Zustand über. Die Differenz von höherem Energiezustand zum Niedrigeren wird bei diesem Vorgang als Licht abgegeben. Dieses Licht hat eine ganz bestimmte Wellenlänge, die vom verwendeten Material abhängig ist. Je höher der Energieunterschied, desto geringer ist die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts. Kleine Wellenlängen bedeuten bläuliches Licht bis hin zu ultraviolett, langwelliges Licht hingegen ist rot. Über das in der LED verwendete Halbleitermaterial kann somit die Farbe des Lichts eingestellt werden. Für weiße LEDs müssen viele verschiedene Wellenlängen überlagert werden. Je kontinuierlicher das Spektrum des Lichts ist, also je mehr Wellenlängenbereiche vorhanden sind, desto „wärmer“ wird das weiße Licht und desto angenehmer empfinden wir es.

LEDs sind deutlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Das liegt daran, dass bei LEDs der größte Teil des Stroms tatsächlich in Licht umgewandelt wird. Bei einer Glühbirne wird ein Großteil einfach in Wärme umgewandelt. Das merkt man sehr schnell wenn man eine Glühbirne anfasst, die eine Zeit lang in Betrieb war. Außerdem haben LEDs in der Regel mit bis zu 100.000 Betriebsstunden eine deutlich höhere Lebenserwartung als Glühbirnen. Aus diesen Gründen sind LEDs immer mehr dabei in allen Bereiche des alltäglichen Lebens Einzug zu erhalten und werden auch weiterhin durch voranschreitende Entwicklung den Leuchtstoffmarkt erobern.

Quellen:

https://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/was-ist-eine-leuchtdiode.html

https://www.simplyscience.ch/energie-umwelt/articles/die-led-eine-clevere-technologie.html?_locale=de

Was kostet eigentlich der Strom für meine Lichterkette?

Alle schmücken gerade wieder ihren Weihnachtsbaum oder dekorieren Balkon und Garten mit sämtlichen Lichterketten. Man hört oft, dass die Lichterketten ja so viel Strom verbrauchen.

Aber wie viel Strom ist das denn wirklich? Und was kostet mich das dann?

Natürlich hängt das von der Art, der Länge und der Größe der Birnen einer Lichterkette ab. Ich werde versuchen hier mal einen allgemeinen Überblick zu verschaffen was die entsprechende Kette an Strom kostet.

Normale nicht-LED Lichterkette:

Angenommen die Kette besteht aus 100 Lämpchen. Jedes dieser Lämpchen weist eine Leistung von 0,3 Watt auf (dieser Wert kann natürlich stark variieren). Die Gesamte Kette hat also eine Leistung von 30 Watt. Sagen wir mal die Kette brennt im Dezember, Januar und Februar jeden Tag von 16:00 bis 22:00 Uhr, also 6 Stunden. Die gesamte Brenndauer beträgt dann

(31+31+28) Tage  x  6 Stunden  =  540 Stunden

Die Leistung der Kette bleibt ja konstant bei 30 Watt, das heißt die in der gesamten Zeit verbrauchte Energie ergibt sich zu

540 Stunden  x  30 Watt  =  16200 Wattstunden (Wh)

Die Abrechnung des Stroms erfolgt immer in Kilowattstunden (kWh). Eine kWh entspricht 1000 Wh. D.h. der Energieverbrauch liegt bei 16,2 kWh.

Natürlich variiert auch der Preis für eine kWh. Um einfacher rechnen zu können nehme ich mal eine Preis von 30Cent/kWh an, was dem tatsächlichen Wert im Moment sehr nahe kommt. Die Gesamtkosten für den Betrieb der Kette errechnen sich also wie folgt:

16,2 kWh  x  30 Cent/kWh  =  486 Cent  =  4,86€

Normale LED-Lichterkette:

LED-Lichterketten sind deutlich sparsamer als die Ketten mit herkömmlichen Lämpchen. Die LED Technik verbraucht in etwa nur ein Zehntel an Strom im Vergleich zu Glühlampen. Folglich hat ein einzelnes LED-Lämpchen etwa eine Leistung von 0,03 Watt.

Der Gesamtenergieverbrauch einer vergleichbaren Lichterkette wäre somit auch um den Faktor 10 kleiner bei ca. 1,62 kWh. Die Kosten liegen damit bei nur knapp 50 Cent.

Für den Dauerbetrieb einer großen Anzahl an Lichterketten lohnt sich also durchaus der Umstieg auf LED Lichterketten, auch wenn diese noch etwas teurer in der Anschaffung sind.

Die Betriebskosten einer LED-Lichterkette sind also tatsächlich nicht mehr sehr hoch. Trotzdem sollte man die Ketten nur zu sinnvollen Zeiten brennen lassen und gegebenenfalls eine Zeitschaltuhr verwenden um unnötigen Stromverbrauch zu vermeiden.

Wer den genauen Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten seiner Lichterkette berechnen möchte, schaut am besten mal auf die Verpackung. Hier sollte eine Watt Angabe für die gesamte Kette stehen. Diese dann mit der ungefähren Brenndauer multiplizieren. Den hierbei erhaltenen Energiebedarf dann noch mit dem in der Stromrechnung aufgeführten Preis für eine kWh multiplizieren (auf Einheitenumrechnung von Wh auf kWh achten) und man erhält die Kosten für den Betrieb der Lichterkette.

Der „Schlag“ von der Türklinke – Woher kommt das und wie kann man es verhindern?

Einen „Schlag“ von der Türklinke oder der Autotür hat glaube ich jeder schon einmal bekommen. Und jedes Mal denkt man sich: „Mist schon wieder.“ Doch wie kommt es überhaupt dazu und kann man irgendetwas dagegen tun?

Zuerst zur Entstehung:

Grundsätzlich gilt: Jeder Gegenstand besitzt elektrisch geladene Teilchen. Es gibt negative Ladungen (Elektronen) und positive (Protonen). Ein neutraler Körper besitzt die gleiche Anzahl an Elektronen und Protonen, das heißt die Ladungen gleichen sich aus. Nun ist es allerdings möglich, dass Elektronen von einem auf einen anderen Körper oder Gegenstand übergehen. Der Gegenstand, der die Elektronen abgibt hat nun mehr Protonen also Elektronen und ist somit positiv geladen. Bei dem Anderen ist es genau anders herum und er wird negativ geladen.

Jetzt gibt es Materialien, die Strom (Strom ist nichts anderes als Elektronen) leiten und solche, die Strom nicht leiten. Wenn nun zwei Nichtleiter aneinander gerieben werden, kann es zu einem Ladungsaustausch kommen und die Elektronen gehen von einem zum anderen Gegenstand über. Trennt man die beiden Gegenstände jetzt, ist der Eine positiv geladen und der Andere negativ. Diese Ladungen werden so lange „herumgetragen“, bis Kontakt zu einem Leiter hergestellt wird, über den die Ladung wieder ausgeglichen werden kann. Das geschieht über einen kleinen Funken. Passiert das Ganze nun mit einem menschlichen Körper, weil er an synthetischer Kleidung reibt, über einen Kunststoffteppich läuft oder auf dem Autositz hin und her rutscht, spüren wir genau diesen Funken beim berühren der Türklinke oder der Autotür (beides aus Metall, also Leiter). Bei so einer Entladung treten Spannungen von 10.000 bis 30.000 Volt auf, die Stromstärke ist allerdings sehr gering. Somit sind die Stromschläge zwar unangenehm aber völlig harmlos. Den Funken kann man übrigens sehen. Es muss nur ausreichen dunkel sein. Das gleiche Phänomen erzeugt auch das „Knistern“ beim ausziehen eines Pullis. Hier reiben die Haare an den Kunststoffasern und es entstehen viele kleine Funken.

Jetzt willst du sicherlich noch wissen wie man das verhindern kann!

Bei dem Verdacht, dass beim Berühren der Türklinke ein Stromschlag bevor steht, nimmt man einfach einen metallenen Gegenstand (z.B. einen Schlüssel) in die Hand und berührt damit erst einmal den Griff. Der Funke springt dann vom Schlüssel auf die Klinke über, was man wenn dann nur sehr abgeschwächt spürt.

Begünstigt wird das Phänomen auch durch trockene Luft. Diese ist selbst nicht leitend. Feuchtere Luft hingegen ist in der Lage die Ladungen vorher schon abzuleiten. Davon bekommt man allerdings nichts mit und der Funkensprung findet gar nicht erst statt.

Was lernen wir daraus?! – Raumluft nicht zu trocken werden lassen und immer einen Schlüssel parat haben 😉