ET4-04 – Elektrisches Feld – Spannung

Inhaltsverzeichnis

In diesem Kurstext wenden wir uns der Spannung im elektrischen Feld zu und klären wie diese die elektrischen Feldstärke beeinflusst.

 

“Aus physikalischer Sicht ist die elektrische Spannung, die Fähigkeit Ladungen zu verschieben, so dass durch einen Ohmschen Verbraucher ein elektrischer Strom fließt. Bei diesem Vorgang wird also eine Arbeit verrichtet.”

 

Spannung im elektrischen Feld
Spannung im elektrischen Feld

 


Spannung im elektrischen Feld – Grundlegendes


In Bezug auf die elektrische Spannung im elektrischen Feld lässt sich festhalten, dass die Spannung als Linienintegral der elektrischen Feldstärke in Längsrichtung eines festgelegten Weges von einem Punkt zu einem anderen Punkt mit unterschiedlichen Potential wirkt. Die Spannung ist ja im Grundsatz nichts anderes als ein Potentialunterschied von Ladungen, welches das elektrische Feld erzeugt.

 

“In den meisten Fällen werden elektrische Felder durch elektrische Teile oder Leitungen erzeugt, die eine Spannung führen.” 

 

undefiniert
Immer ist die Spannung Schuld....

Nach dem oben genannten Prinzip funktionieren übrigens auch Kondensatoren

 

Die gleiche Relation gilt für die Elektrische Feldstärke E. Denn diese ist umso größer, je größer die elektrische Spannung im elektrischen Feld wirkt. 

 

 


Spannung im elektrischen Feld – Feldstärke – Formel


Die Gleichung zu Bestimmung der Feldstärke hast du ja bereits kennengelernt.

Hier gilt:

 \boxed{ \text{Elektrische Feldstärke E} = \frac{\text{Elektrische Spannung U}}{\text{Abstand der Punkte l}} }

 

mit Zeichen:

 \boxed{ E = \frac{U}{l} }

 

Wie du siehst, sorgt eine Erhöhung der Spannung bei gleichbleibenden Abstand für eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke. 

 

 


Ladung im elektrischen Feld – Durchschlagfestigkeit


Erreicht die elektrische Ladung einen zu großen Wert oder wird der Abstand zwischen den Ladungen zu stark reduziert, so kommt des zum Austausch von den zuvor getrennten Ladungen. Die freiwerdende Energie kann dabei derart groß werden, dass sie für uns bemerkbar wird, indem ein Lichtbogen entsteht oder es einfach nur laut knallt. 

 

undefiniert
Bitte nicht schlagen...

Um diesem Vorgang, den man Durchschlag nennt, entgegenzuwirken, wählt man Stoffe aus, die eine hohe Durchschlagfestigkeit besitzen.

 


Aber warum können wir das überhaupt wahrnehmen?


Die Antwort liegt in der Kollision von beschleunigten Elektronen und neutralen Atomen. Hier entstehen Elektronen und Ionen. 

Noch zu kompliziert? Dann schau dir einfach das nächste Schaubild an.

 

Spannung im elektrischen Feld
Spannung im elektrischen Feld

 

Bei der Kollision trennt das beschleunigte Elektron ein Elektron des neutralen Atoms aus der Elektronenhülle und das Atom bleibt als Ion zurück.

 

 

Der Effekt fällt umso stärker aus, wenn die Elektroden (wir haben sie bisher als Punkte bezeichnet) sehr dünn sind. Dann reicht schon eine Spannung von weniger als 1kV, damit ein Durchschlag (Funken) durch die Luft auftritt.

 

Die Ursache für diesen Effekt liegt wie so oft im elektrischen Feld, denn an den Spitzen ist dieses stark verdichtet. Dadurch kommt es schnell zu einer Ionisation. 

Auf dem Bild oben ist der Vorgang eingefangen. 

 


Maßnahmen gegen Durchschlag


In elektrischen Leitern kann man das elektrische Feld reduzieren, indem man eine metallische Ummantelung zur Abschirmung nutzt. Diese Abschirmung verbindet man einfach mit der Erde und so wird das elektrische Feld neutralisiert. Die Erdung ist besonders wichtig, denn dadurch kann ein Ladungsausgleich stattfinden. 

Erdkabel im Straßenbau
Erdkabel im Straßenbau

In der nächsten Abbildung siehst du wie sich dieser Effekt äußert.

 

Ummantelung einer Leitung
Ummantelung einer Leitung

 

Ohne Ummantelung und ohne Erdung wirkt das Feld auf die Umgebung ein. Auch bei einer vorhandenen Ummantelung wirkt das elektrische Feld weiterhin auf die Umgebung ein, wenn keine Erdung vorhanden ist. Erst mit dem Hinzufügen einer Erdung wird das Elektrische Feld eingedämmt. Man nennt die Umgebung daraufhin feldfrei.  

 



wie gehts weiter
Wie geht's weiter?

Nachdem wir nun ausreichend über die Spannung im elektrischen Feld gesprochen haben gehen wir im nächsten Kurstext gemeinsam der Frage nach, welche Rolle die elektrische Feldkraft in diesem ganzen Spiel innehat.

 

Trainingsbereich

Übrigens….. Als “Mitglied unserer Technikermathe-Community” findest du unter jedem Kurstext zusätzlich einen Trainingsbereich mit vielen interaktiven Übungsaufgaben zur Wissensvertiefung, sowie eine umfangreiche Formelsammlung und Probeklausur am Ende eines jeden Kurses.

Mehr für dich!
Hat dir dieses Thema gefallen?Ja? – Dann schaue dir auch gleich die anderen Themen zum Kurs ET4 an: https://technikermathe.de/courses/et4-elektrische-felder

Kennst du eigentlich schon unseren Channel? – Nein? – Dann schau super gerne vorbei: https://www.youtube.com/channel/UCCsPZX5is8mRcoZG8uAS_ZQ

Schon gewusst?

Aktuell bieten wir über 2500 Lerntexte in über 20 Kursen zu den verschiedensten Themen an! Als Technikermathe.de Mitglied hast du vollen Zugriff auf alle Lerninhalte!

Uns gibts auch auf YouTube!

Undzwar mit aktuell über 400 Lernvideos und allen Aufzeichnungen von unseren Webinaren!

Lass uns ein Abo da!

Wenn dir unsere Videos gefallen! Damit hilfst du uns echt mega und es kostet dich keinen Cent!
Zum YouTube Kanal
0
    0
    Dein Warenkorb
    Dein Einkaufswagen ist leer.Zurück zum Shop

    DEIN persönliches angebot!

    geb gas und sicher dir 2 MONATE technikermathe Mitgliedschaft zum Preis von einem!