Mathehelfer Immer und immer wieder sagen Lehrer, dass Schüler das, was sie in der Schule lernen, im späteren Leben einmal gebrauchen können. Wenngleich sich Schüler oft fragen, wofür sie bestimmte Dinge, die sie in der Schule lernen, brauchen, steht es außer Frage, dass vor allem sehr viele Mathe-Regeln, Konzepte und Prinzipien aus der Mathematik in vielen unterschiedlichen Bereichen der Mathematik zu finden sind.
Wenn man sich zum Beispiel die Elektrizität ansieht und sich genauer mit ihr beschäftigt und auseinandersetzt, wird man feststellen, dass in ihr sehr viel Mathematik steckt. Um besser verstehen zu können, was die Mathematik mit der Elektrizität zu tun hat, ist es interessant, einen Blick auf die Stromschienen zu werfen. Denn anhand der Stromschienen, ihrer Funktionsweise und der Mathematik, die in ihnen steckt, kann der Zusammenhang zwischen der Mathematik und der Elektrizität besser verstanden werden.
Was sind Stromschienen überhaupt?
Um besser verstehen zu können, wie der Zusammenhang zwischen Elektrizität und Mathematik ist, ist es wichtig, zu verstehen, wie Stromschienen funktionieren und, worum es sich bei ihnen überhaupt handelt.
Ganz einfach gesagt handelt es sich bei Stromschienen um elektrische Leitungen, durch die der Strom fließen kann und auf diese Weise dann genau dort hinkommt, wo er gebraucht wird. Man braucht Stromschienen unter anderem:
- in Fabriken
- in großen Gebäuden
- auf Zügen
- in Straßenbahnen
- in U- und S-Bahnen
- in Supermärkten
- in Einkaufszentren
Es ist wichtig, dass diese Stromschienen gut funktionieren, damit der Strom nicht blockiert wird und somit auch wirklich an seinem Ziel ankommt.
Die Mathematik in den Stromschienen
Damit der Strom gut in den Stromschienen fließen kann, ist es wichtig, dass mit der Hilfe der Mathematik bestimmte Dinge im Voraus ausgerechnet werden. Zu diesen Dingen gehören unter anderem:
- die Spannung, die dafür verantwortlich ist, den Strom durch die Schienen fließen zu lassen. Sie ist also ein bisschen so etwas wie ein Motor, der den Strom antreibt. Die Spannung muss also hoch genug sein, um den Strom zuverlässig fließen lassen zu können.
- der Widerstand, der ein Hindernis für den Strom sein und somit dazu führen kann, dass der Strom zu langsam durch die Stromschienen fließt.
- die Strommenge, die – wie man sich schon denken kann – die Menge des Stroms ist, die durch die Stromschienen fließt.
Alleine die Tatsache, dass diese Dinge ausgerechnet werden müssen, deutet darauf hin, dass für diese Zwecke Mathematik gebraucht wird. Nur so kann man sicherstellen, dass die Schienen dick oder dünn genug sind, damit der Strom nicht zu heiß wird und ohne von Hindernissen aufgehalten zu werden durch die Schienen fließen kann.
Welche mathematischen Gesetze braucht man bei den Stromschienen?
Damit die Stromschienen richtig funktionieren, ist es wichtig, verschiedene mathematische Gesetze anzuwenden. Nur auf diese Weise können die verschiedenen Aspekte berechnet werden, die für die Stromschienen eine wichtige Rolle spielen.
Das ohmsche Gesetz
Ein Gesetz, das wichtig ist, um zu verstehen, inwiefern der Strom in den Stromschienen gebremst wird, ist das ohmsche Gesetz. Mit der Spannung und dem Widerstand der Schiene kann dieses Gesetz ausrechnen, wie viel Strom durch die Stromschiene fließen kann.
Die Leistung
Nicht jede Stromschiene ist gleich, was bedeutet, dass nicht jede Stromschiene gleich viel Leistung hat. So kann eine Stromschiene mit mehr Leistung größere Maschinen mit Strom versorgen, während eine Stromschiene mit weniger Leistung deutlich kleinere Maschinen mit Strom versorgen könnte. Um herauszufinden, welche Stromschienen für welche Einsatzbereiche verwendet werden können, kann mit der mathematischen Formel für die Leistung herausgefunden werden, wie viel Leistung die Stromschiene hat, bzw. wie viel Energie sie übertragen kann.
Die Dichte und die Verteilung des Stroms
Wenn man sich vorstellt, von oben nach unten gedrückt zu werden, während man läuft, ist es schwerer sich fortzubewegen, als das der Fall ist, wenn man keinen Druck verspürt. Genauso ist das mit dem Strom in den Stromschienen.
Mit mathematischen Formeln kann man ausrechnen wie viel Strom in einem Bereich fließt. Man kann sich das vorstellen wie eine Kochfläche, in der sich die Hitze nur auf einen bestimmten Punkt konzentriert. Dieser Punkt würde dafür sorgen, dass die Pfanne nur an einem bestimmten Punkt besonders heiß wird und dann das Essen möglicherweise anbrennt.
Befindet sich in einer Stromschiene an einer bestimmten Stelle zu viel Strom, weil er sich nicht gut in der Schiene verteilt, kann die Schiene heiß werden. Dadurch geht Energie verloren und die Schiene könnte sogar schmelzen. Auch, wenn Energie – wenn man es genau nimmt – gar nicht wirklich verloren gehen kann.
Es ist also wichtig diese Dichte und die Verteilung des Stroms auszurechnen, damit die Stromschiene dick genug sein kann, um zu verhindern, dass sie zu heiß wird. Denn je dünner die Schiene ist, umso höher ist die Gefahr, dass bei einer zu großen Dichte an einer Stelle, zu viel Wärme entsteht.
Der Widerstand
Ein weiterer Punkt, der dafür sorgen kann, dass zu viel Wärme entsteht, kann ein zu großer Widerstand in der Stromschiene sein. Aus diesem Grund ist es wichtig, zu berechnen, wie groß der Widerstand ist, um so die entsprechenden Schienen zu wählen.
Generell ist der Widerstand jedoch höher, wenn die Stromschiene länger ist. Mit bestimmten Materialien, die sich durch einen geringen Widerstand auszeichnen, kann verhindert werden, dass der Widerstand zu hoch ist und, dass die Stromschiene somit zu heiß wird und unter Umständen schmilzt.
Zusammengefasst kann also gesagt werden, dass die Mathematik dabei hilft, die Stromschienen bestens zu gestalten, ohne dass:
- zu viel Strom verloren geht
- zu viel Wärme entsteht, weil der Widerstand zu hoch ist oder der Druck nicht gut verteilt ist.
Somit geht die Mathematik Hand in Hand mit der Elektrizität, weshalb es wichtig ist, bestimmte mathematische Formeln und Zusammenhänge zu verstehen.
