Die elektrische Spannung U

In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit der elektrischen Spannung. Sie stellt eine der drei physikalischen Grundgrößen in der Elektrotechnik dar und ist die Ursache für den elektrischen Strom.

Spannung entsteht durch Ladungstrennung. Das Ausgleichsbestreben getrennter Ladungen ist die elektrische Spannung U.

  • Formelzeichen: U
  • Einheitenname: Volt
  • Einheitenzeichen: V

Die elektrische Spannung ist die der mechanischen Spannung sehr ähnlich. Zum Beispiel ein Gummiband, an dem an beiden Enden Tennisbälle befestigt sind. Werden diese Bälle mit der Kraft F auseinandergezogen, herrscht eine Spannung im Band, die eine Anziehungskraft auf die Gummibälle ausübt. Im Band ist außerdem potentielle Bewegungsenergie gespeichert weil es sozusagen wieder in seine ursprünglichen Form zurück will. Da wir es aber weiterhin festhalten kann es dies natürlich nicht.

Spannung_Tennisbälle

Das gleiche gilt für eine Spannungsquelle. In ihr werden die elektrischen Ladungen voneinander getrennt. Da ungleichnamige Ladungen sich anziehen haben diese ebenfalls das Bestreben, zurück zu ihrer ursprüngliche Position zu fließen. Und auch hier geht das nicht da die Spannungsquelle so konzipiert ist, dass das zurückführen der Ladungen nur dann funktioniert, wenn die beiden Pole mit einem Leiter verbunden werden. Die Ladungsträger besitzen deshalb auch potentielle Energie, da Arbeit verrichtet wurde um sie zu trennen. Eine Spannungsquelle wird daher auch als Energiequelle bezeichnet.

Je größer der mengenmäßige Ladungsunterschied zwischen zweier Punkte oder Pole ist, desto größer ist die elektrische Spannung U.

Um die Ladungen voneinander zu trennen muss also entsprechende Arbeit verrichtet werden. Die Spannung ist umso größer, je mehr Arbeit zur Trennung pro Ladung aufgewendet wurde. Nach der Ladungstrennung entstehen zwei Pole mit unterschiedlicher Ladungsmenge, dem Minus- und Pluspol.

Am Minuspol einer Spannungsquelle befindet sich ein Überschuss an Elektronen.

Am Pluspol hingegen herrscht Elektronenmangel.

Dieser Unterschied wird auch als Potentialdifferenz bezeichnet. Sprich an jedem Verbraucher ist diese Differenz vorhanden, da der Betrag der Ladungen vor und nach Verbraucher unterschiedlich ist. Vergleichbar ist das mit einem mehrstöckigen Haus. Zwischen dem ersten und dritten Stockwerk beträgt die Differenz nur ein Stockwerk, zwischen dem vierten und ersten sind es zwei Stockwerke. Allgemein ausgedrückt kann eine Spannung nur zwischen zwei Punkten herrschen.

Spannung nennt man auch Potentialdifferenz

Je mehr Arbeit aufgewendet wird um die Elektronen voneinander zu trennen, desto mehr Energie wird gespeichert. Sprich desto höher ist die Spannung. Es ist so wie bei dem Gummiband. Je stärker man es auseinander zieht, also je mehr Arbeit reingesteckt wird, desto größer ist die mechanische Spannung und die darin enthaltene potentielle Energie.

e_Arbeit

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