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Materien können durch Ladungstrennung elektrisch geladen werden. Hat man mehr Elektronen als Protonen, wird der Körper negativ geladen. Bei einem Elektronenmangel wird der Körper positiv geladen. Zwischen einem positiv- und negativ- geladenem Körper gibt es eine Differenz an Elektronen. Diese Differenz sorgt für Druck auf die freien Elektronen und hierfür wird der Begriff elektrische Spannung verwendet. Ein anderer Begriff für Spannung ist Potenzialdifferenz. Zur Angabe der Spannung sind immer zwei Punkte notwendig, da man sonst keine Differenz angeben kann (bis auf Ausnahmen).

Für die Ladungstrennung wird immer Energie benötigt. Je mehr Energie aufgewendet wurde, umso größer ist die Spannung und je höher die Spannung ist, umso größer sind die Druckkräfte, die auf die freien Elektronen wirken. Deshalb gibt es eine Definition, die besagt, dass die elektrische Spannung die Arbeit angibt, die für die Verschiebung der Ladungen (Ladungstrennung) benötigt wurde.

Man kann die Spannung auch mit einem Wassertank vergleichen, an dem ein Wasserhahn angebracht ist. Das Befüllen des Wassertanks wird dabei mit der aufgewendeten Arbeit verglichen. Je mehr der Wassertank mit Wasser gefüllt ist, umso druckvoller ist der Wasserstrahl, der aus dem Wasserhahn rauskommt. Ähnlich ist es bei der elektrischen Spannung. Den Druck aus dem Wasserhahn vergleicht man mit der elektrischen Spannung.

Verbindet man einen negativ und positiv geladenen Körper, würde es einen Elektronenübergang geben, da elektrische Ladungen ein Ausgleichsstreben haben. Die aufgewendete Arbeit wird durch den Ladungsausgleich wieder abgegeben. Umgangssprachlich sagt man dazu, dass

 
Strom
Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter.
fließt. Somit ist die elektrische Spannung eine Voraussetzung, damit
 
Strom
Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter.
fließen kann.

Einheit und Formelzeichen für die Spannung

Damit man die Spannung messen und damit Berechnungen durchführen kann, benötigte man eine Einheit. Die Einheit wurde nach dem Physiker Alessandro Volta benannt und heißt Volt. Die Grundeinheit ist 1 Volt und das steht für die Arbeit von 1 Joule pro Coulomb , wobei die Menge für ein Coulomb 6,241 · 1018 Elementarteilchen (Proton, Elektron) ist. Früher betrug in Deutschland die Spannung in den Haushalten standardmäßig 220 V. Im Rahmen der europäischen Vereinheitlichung wurde die Spannung auf 230 V geändert und die Geräte sind darauf ausgelegt. In anderen Ländern kann die Spannung abweichend sein. Innerhalb der Elektrotechnik arbeitet man mit sehr kleinen bis sehr großen Spannungen. Deshalb erfolgt die Angabe der Spannung häufig in folgender Form:

  • Microvolt (µV): Millionstel-Volt
  • Millivolt (mV): Tausendstel-Volt
  • Kilovolt (kV): 1 Tausend Volt
  • Megavolt (MV): 1 Million Volt

Das Kurzzeichen für Volt ist V. Das Formelzeichen ist U und ist abgeleitet vom lateinischen Wort urgere. Das bedeutet in etwa drängen oder drücken. Die Angabe der Spannung erfolgt häufig mit dem Zusatz AC (Alternating Current) oder DC (Direct Current). AC steht für Wechselstrom und DC für Gleichstrom.

Microvolt [µV] Millionstel-Volt 1 µV = 0,000 001 V
Millivolt [mV] Tausendstel-Volt 1 mV = 0,001 V
Volt [V] Volt 1 V = 1 V
Kilovolt [kV] Tausend Volt 1 kV = 1 000 V
Megavolt [MV] Million Volt 1 MV = 1000 000 V

Formelzeichen = U

Einheit-Kurzform = V
Einheit = Volt

Messgerät: Voltmeter

Videos

Weiterführende Quellen

Mehr Informationen sind auf diesen Links zu finden.

Quelle: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0201101.htm
Quelle: https://www.mathe-lexikon.at/grundlagen/masseinheit/elektrische-masseinheiten/elektrische-spannung.html
Quelle: https://www.physik.technikum-wien.at/mathebereich.php?Id=1034

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