(ET1-20) Die elektrische Spannung

Inhaltsverzeichnis

Die elektrische Spannung  ist Thema dieses Kurstextes und eine sehr wichtige Größe in der Elektrotechnik. Sie ist die Ursache für einen elektrischen Strom.

 


Für ein optimales Verständnis helfen dir ein Videoclip und zwei anschauliches Rechenbeispiele zu dem Thema.


 


Elektrische Spannung – Überblick


<em>Merk's dir!</em>

“Die elektrische Spannung  U oder auch Nennspannung ist einfach gesprochen die Kraft oder der Druck auf freie Elektronen eines elektrisch leitenden Materials (zumeist Metalle).”

 

Elektrische Spannung am Strommast
Elektrische Spannung am Strommast

 


Elektrische Spannung – Ursache


Verantwortlich für die Existenz einer elektrischen Spannung sind unterschiedliche Ladungen zweier verbundener Punkte. Somit erzwingt diese Potentialdifferenz eine Bewegung der Elektronen.

 


Berechnung der Spannung mit Potentialdifferenz


Hierzu schauen wir uns die nächste Gleichung an:

 

U_{12} = \varphi (P1) - \varphi (P2) \text{   | Die elektrische Spannung }

 

Die Angabe der elektrischen Größe erfolgt in der Einheit V (Volt).

 

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Außerdem solltest du dir merken, dass nicht selten die Angabe in Kilovolt (1kV = 1000 V) oder in Megavolt (1 MV = 1000 kV = 1000000 V) erfolgt.

 


Typische Werte aus Alltag & Industrie


undefiniert
Beispiel: Werte

Wir haben dir ein paar Beispiele für Apparaturen inkl. Werte aufgeführt:

  • Menschliches Herz → 0,080 V = 80 mV (Millivolt)
  • Fahrraddynamo → 6 V
  • Steckdose Haushalt → 230 V
  • Zitteraal → 800 V
  • Kraftwerksgenerator → 15.000 V = 15 kV
  • Überlandleitung → 380.000 V = 380 kV
  • Entladung Blitz → 1.000.000 V = 1.000 kV = 1 MV

 

Gemessen werden diese Werte mit  einem Voltmeter.

 

 


Beispiel: Berechnung der Größe


Wir betrachten zwei Punkte in einen Stromkreis mit unterschiedlichen Potentialen und wollen hierzu nun die Größe bestimmen:

Gegeben:

\text{Punkt 1 : } \varphi (P_1) = -120 V

sowie

Punkt 2 : } \varphi (P_2) = +110 V

 

Daraus ergibt sich eine Gleichung für unsere Potentialdifferenz und gleichzeitig auch unsere U:

  U_{12} = \varphi (P_1) - \varphi (P_2) = (-120 V ) - (+110 V) = -230 V

 

 

undefiniert
Sehe ich doppelt?..

Der Techniker weiß, dass ein Doppelindex mit Zahlen _{12} oder Buchstaben _{XY} notwendig ist, damit immer direkt klar ist welches Potential vom anderen Potential zur Berechnung der Spannung abgezogen werden muss.

 

Steht in einer Aufgabenstellung, dass du U_{VW} bestimmen sollst, dann muss dir direkt klar sein, dass du das Potential des Punktes P_W vom Potential P_V abziehen musst:

 

U_{VW} = \varphi (P_V) - \varphi (P_W)

 

Dementsprechend ist das elektrische Potential, welches abgezogen wird ist das Bezugspotential. Unser Bezugspotential ist hier P_W.

 

 


Beispiel: Berechnung der Größe - Batterie


In der nächsten Abbildung siehst du eine herkömmliche Batterie, wie du sie in Fernbedienungen findest.

 

Batterie

 

Da sich die Werte am Pluspol und am Minuspol unterscheiden, ist es uns möglich die Spannung dieser Alkali-Batterie zu berechnen.

Wir haben den Minuspol als Bezugspunkt gewählt, dadurch erhalten wir einen positiven Wert für unsere Größe .

 

Merk's dir!
Merk's dir!

In Batterien spricht man von elektrochemischen Quellen und bei Generatoren spricht man von elektromechanischen Quellen. Es wird also jeweils die Ursache für die Entstehung einer Potentialdifferenz genannt.

 

 


Berechnung der Größe mit W, Q, I, R


Ist keine Angabe der Potentialdifferenzen gegeben, können den Wert dennoch über die Kenntnis anderer Größen aus der Elektrotechnik ermittelt werden:

  • Fall 1: Kenntnis der Arbeit (W) und der elektrischen Ladung (Q)

    Gleichung:  U = W \cdot Q </li> </ul> <!-- /wp:list --> <!-- wp:list --> <ul> 	<li><strong>Fall 2:</strong> Kenntnis der elektrischen Stromstärke (I) und des elektrischen Widerstandes (R)  Gleichung (Ohmsches Gesetz):  U = I \cdot R

 

Wie du siehst, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten diese Größe zu ermitteln. 

 


++ Videoclip: Elektrische Spannung ++


Im nächsten Video findest du noch mal eine Zusammenfassung des Kurstextes und zusätzliche Informationen zu diesem Thema. 


 

 



wie gehts weiter?
Nachdem du nun diese elektrische Größe  kennengelernt hast, erklären wir dir im nächsten Kurstext ausführlich, was es mit dem elektrischen Widerstand als elektrische Größe auf sich hat.

 

Trainingsbereich

Quizfrage 1

 

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