Elektrische Spannung ist in gewisser Hinsicht mit dem Druck in einem Wasserrohr-System vergleichbar. Je höher der Druck, desto mehr Wasser kann innerhalb der gleichen Zeit durch die Rohre gepresst werden. Im nachfolgenden Artikel erfährst du, was genau hinter der elektrischen Spannung steckt.
Inhaltsverzeichnis
Elektrische Ladungen
Folgendes Experiment kennt vermutlich jeder: wenn man einen Luftballon an seinen Haaren reibt, dann stehen einem im wahrsten Sinne des Wortes die Haare zu Berge. Dies liegt daran, dass sich der Luftballon durch die Reibung negativ und die Haare positiv aufladen. Aber was genau hat es denn mit diesen Ladungen auf sich?
In der Natur existieren grundsätzlich zwei unterschiedliche Arten von Elementarladungen: die positive heißt Proton und die negative Elektron. Sofern an einer Stelle gleich viele Protonen wie Elektronen vorhanden sind, so heben sich diese entgegengesetzten Ladungen gegenseitig auf, sodass nach außen hin Neutralität herrscht.
Aus dem Chemie-Unterricht weiß man, dass Atome in der Regel gleich viele Elektronen wie Protonen enthalten und nach außen hin somit elektrisch neutral sind. Sind die Ladungen nicht im Gleichgewicht, so werden die Atome hingegen als Ionen bezeichnet. Grundsätzlich gilt:
Die Einheit der elektrischen Ladung
Die Einheit der elektrischen Ladung mit dem Formelbuchstaben \(Q\) wird in Coulomb \((C)\) gemessen. Es gilt dabei: $$1C\approx 6,24\cdot 10^{18}\text{ positive oder negative Ladungen}$$
Elektrische Spannung entsteht durch Ladungsunterschied
Positive und negative Ladungen üben, wie bereits erläutert, eine Anziehungskraft aufeinander aus. Um diese voneinander zu trennen, muss daher eine gewisse Kraft ausgeübt werden. Je weiter die Ladungen voneinander getrennt werden sollen, desto mehr Energie muss dabei aufgewendet werden. Außerdem steigt die aufzuwendende Arbeit natürlich auch mit der Ladungsmenge.
Da die dort zur Trennung der Ladungen hineingesteckte Energie nicht verloren gehen kann, muss das bedeuten, dass die Energie irgendwo "gespeichert" sein muss. Und tatsächlich kommen wir damit zum Begriff der elektrischen Spannung.
Die Einheit der elektrischen Spannung
Die Einheit der elektrischen Spannung mit dem Formelbuchstaben \(U\) wird in Volt \((V)\) gemessen.
\(1V\) entspricht dabei der Spannung, die an einem \(1\Omega\)-Widerstand anliegt, wenn dort ein Strom von \(1A\) hindurchfließt.
Das Potential
Oftmals definiert man in einer elektrischen Schaltung einen bestimmten Punkt als Masse bzw. Erde mit dem Potential \(0V\). Ausgehend von diesem Referenzpunkt kann man dann die Potentiale der anderen Messstellen in der Schaltung bestimmen. Die Einheit wird dabei ebenfalls in Volt \((V)\) angegeben. Generell gilt hierbei:
Fazit
Nachdem wir uns die elektrischen Ladungen angeschaut haben, sind wir zu der Erkenntnis gekommen, dass elektrische Spannung genau dann entsteht, wenn diese Ladungen voneinander getrennt werden. Anschließend kamen wir zu der Definition der Einheit der elektrischen Spannung und zum Schluss haben wir uns noch den Unterschied zwischen einer Spannung und einem elektrischen Potential betrachtet. Letzteres entsteht einfach durch Festlegung eines Bezugspunktes.
