Ampere - Neue Definition der Stromstärkeeinheit Ampere

Die elektrische Stromstärke wird mit der Einheit Ampere angegeben, in Formeln tritt diese in der Kurzform A auf. Oft wird auch die Abkürzung Amp genutzt, die jedoch kein reguläres Einheitenzeichen ist. Das Ampere ist eine Basiseinheit des Internationalen Einheitensystems. Auf dem ersten internationalen elektrotechnischen Kongress in Paris wurden diese und andere Einheiten eingeführt, deshalb trägt das System die Abkürzung SI für Système international d’unités. Die Bezeichnung Ampere geht auf den französischen Mathematiker und Physiker André-Marie Ampère zurück, der von 1775 bis 1836 lebte.1 Die Definition von Ampere aus dem Jahre 1948 lautet wie folgt:

„Das Ampere ist die Stärke eines zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von 1 m voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 m Leitungslänge eine Kraft von 2 · 10−7 N hervorrufen würde.“2

Diese Definition hat allerdings den Nachteil, dass sie ausschließlich mit einem sehr hohen messtechnischen Aufwand nachgewiesen werden kann.3 Deshalb wurde auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht in Versailles eine neue Definition festgelegt, die am 20. Mai 2019 in Kraft getreten ist.4

Die neue Definition der Stromstärkeeinheit Ampere

Da die alte Definition von Ampere den Anforderungen der modernen Metrologie nicht mehr gerecht werden konnte, wurde sie revidiert. Bereits seit 1990 wurden auf Rat des CIPM (Comité International des Poids et Mesures) hin alle elektrischen Spannungskalibrierungen auf den sogenannten Josephson-Effekt und alle elektrischen Widerstandskalibrierungen auf den Quanten-Hall-Effekt bezogen. Für beide Effekte wurde ein exakter Zahlenwert eingeführt, nämlich die Josephson-Konstante für den gleichnamigen Effekt und die Von-Klitzing-Konstante für den Quanten-Hall-Effekt. Diese boten den Vorteil einer deutlich verbesserten Genauigkeit bei der Reproduzierung elektrischer Einheiten, allerdings war damit die Konformität mit dem Internationalen Einheitensystem nicht mehr gegeben. Aus diesem Grund wurde eine neue Definition gesetzt, gemäß der SI-Werte für die beiden Konstanten abgeleitet werden, indem exakt definierte Werte für die Elementarladung e und die Planck-Konstante h verwendet werden:5

Josephson-Konstante: formel-josephson-konstante-net4energy

Von-Klitzing-Konstante: formel-von-klitzing-konstante-net4energy

Wird das ohmsche Gesetz mit der Relationformel-ohmsche-gesetz-relation-i-net4energy beziehungsweiseformel-ohmsche-gesetz-relation-1a-net4energy einbezogen, lässt sich die Stromstärke beziehungsweise die Einheit Ampere aus den elektrischen Quanteneffekten ableiten.6

Stromspeicher und Mini- Photovoltaikanlagen

Für den Transport und die Speicherung von Strom sind im Rahmen der Energiewende Neuerungen erforderlich. Der Ertrag aus Windkraft und Sonnenenergie ist wetterabhängig. Zu windarmen Zeiten erzeugen Windenergieanlagen wenig beziehungsweise keinen Strom, bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten müssen sie abgeschaltet werden, um Schäden zu vermeiden. Bei der Photovoltaik müssen sonnenarme Zeiten überbrückt werden. Andererseits wird ein Überschuss zu sonnen- beziehungsweise windreichen Zeiten produziert. Aus diesem Grund sind Stromspeicher unabdingbar. Diese müssen abhängig vom Einsatzbereich überaus unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Zum einen werden Stromspeicher gebraucht, die über eine sehr kurze Reaktionszeit von teils nur zehn Millisekunden verfügen, um die Schwankungen im Energieangebot aufzufangen. Zum anderen werden Stromspeicher benötigt, die eine sehr große Menge an Energie speichern können. Entscheidend ist, dass bei der Stromumwandlung und der Rückverstromung ein möglichst geringer Energieverlust auftritt. Die bisher vorhandenen Stromspeicher sind vor allem darauf ausgelegt, Angebot und Nachfrage im Rahmen einiger Stunden auszugleichen und das Stromnetz zu stabilisieren. Die Umstellung auf regenerative Energien erfordert neue Stromspeicher, die bestehende Struktur muss also optimiert werden. Darunter fällt nicht nur der Zubau von Leitungen, sondern auch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnik zur intelligenten Verteilung des Stroms. Durch eine intelligente Vernetzung dezentraler Energieerzeuger wie Photovoltaikanlagen, Speicherbatterien und Biogasanlagen können diese zu einem virtuellen Kraftwerk zusammengefügt werden, das flexibel und schnell steuerbar ist.7 Mit Photovoltaik können nicht nur Hausbesitzer, sondern sogar Mieter selbst Strom erzeugen. Für Balkone und Terrassen gibt es steckerfertige Minisolaranlagen. Diese können ganz leicht angeschlossen, an- und abmontiert werden, zudem sind sie vergleichsweise günstig. Durchschnittlich lassen sich zwei Drittel des so erzeugten Stroms für den eigenen Bedarf nutzen. Gegebenenfalls muss die Leistungsabsicherung von einer Elektrofachkraft von 16 Ampere auf 10 Ampere bei dieser Nutzungsart der Photovoltaik gesenkt werden. Darüber hinaus muss eine Anmeldung der Mini-PV-Anlage beim Netzbetreiber und bei der Bundesnetzagentur erfolgen. Ein Zähler mit Rücklaufsperre ist außerdem notwendig, denn ein Zähler ohne diese Vorrichtung würde sich rückwärts drehen, wenn mehr Strom produziert als verbraucht wird. Dies ist rechtlich nicht zulässig.8

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