(ET1-20) Die elektrische Spannung [Erklärung, Formeln, Beispiele, Lernclips]

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 in diesem Kursabschnitt drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET1-Grundlagen der Elektrotechnik

Elektrische Spannung – Überblick

Merk’s dir!

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

Die elektrische Spannung - Blitz — Die elektrische Spannung – Blitz

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!

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

Typische Spannungswerte aus dem Alltag

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

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

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

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

Sehe ich doppelt?..

Du solltest wissen, 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.

Die elektrische Spannung - Nennspannung einer Batterie — Die elektrische Spannung – Nennspannung einer 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!

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: $U = W \cdot Q$

Fall 2: 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.

Was kommt als Nächstes?

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

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