Die Spannung U

Schlagwörter: Spannung Volt Messen elektrisch Potential Voltmeter Antrieb Strom 

Die elektrische Spannung U zwischen zwei Punkten (A und B) gibt an, wie stark der Strom angetrieben wird.

zur physikalischen Größe Spannung

Formelzeichen: U

Einheit: 1 V  (Volt)   1 V = 1000 mV

Messgerät: Voltmeter

Messen der Spannung:

Zum Messen der Spannung musst du den Stromkreis nicht auftrennen.  Die Messung erfolgt parallel!

  1. Messen der Spannung
  2. Modellvorstellungen zur Spannung

1. zum Messen der Spannung

  1. Misst du Gleich- oder Wechselspannung? Stelle dementsprechend den Wahlschalter am Messgerät ein!
  2. Werde dir vor der Messung klar, was du messen willst – Stromstärke I oder Spannung U!
  3. Stelle den größten Messbereich (30 V) ein. (Da die Schülernetzgeräte nur Spannungen bis max. 15 V bieten, ist es hier nicht erforderlich auf den 600 V Bereich zu schalten)
  4. Stecke die Kabel in die zugehörigen Buchsen am Messgerät. (Minus auf ⊥, Plus auf V)

  5. Bei der Spannungsmessung musst du den Stromkreis nicht auftrennen.  Die Spannung wird zwischen zwei Punkten (z.B. vor- und hinter einer Lampe) gemessen.

Vergleich der Strom- und Spannungsmessung:

  • Ströme werden in Reihe gemessen.
  • Spannungen werden parallel gemessen. 

Modellvorstellung zur Spannung

Die elektrische Spannung U gibt an, wie stark der Strom I angetrieben wird. Diesen Antrieb können wir mit einem mechanischen Modell veranschaulichen.

Spannung – Ladung einer Batterie - Höhenmodell

Wir wissen, dass sich gleiche Ladungen (++) und (- -) gegenseitig abstoßen und dass sich ungleiche Ladungen (+-) und (-+) gegenseitig anziehen.

Wenn wir Ladungen trennen, dann entstehen zwei Pole.

  • Den Pol, an dem ein Elektronenüberschuss herrscht, nennen wir Minuspol .
  • Den Pol, an dem ein Elektronenmangel herrscht, nennen wir Pluspol .

Da sich die Ladungen der beiden Pole gegenseitig anziehen, streben sie einen Ausgleich der Ladungen an. Dieser Ladungsausgleich kann nur über die Pole und nicht innerhalb der Batterie erfolgen.

Wenn über den Polen ein Stromkreis angelegt wird, dann können sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol bewegen. (physikalische Stromrichtung)

Mechanisch können wir das mit den Wasserständen in zwei verbundenen Tanks verdeutlichen. Es muss Arbeit verrichtet werden, bzw. Energie in das System gesteckt werden, um das Wasser in den linken Topf zu füllen. Wenn der linke Topf gefüllt ist (Elektronenüberschuss), dann kann mit dem fließenden Wasser etwas angetrieben werden. Wenn die Wasserstände ausgleichen sind, dann entspricht das einer entladenen Batterie.

Wenn wir linken Topf weiter anheben, dann führen wir dem System Lageenergie zu. Damit vergrößert sich der „Antrieb“, den das Wasser auf das Wasserrad ausübt. Übertragen auf die Elektrizität entspricht das einer Erhöhung der Spannung.

Wir können uns also die Spannung wie ein „Gefälle“ im Stromkreis vorstellen. Das soll die folgende Grafik verdeutlichen:

R1=R2=R3=R4

Jedes Elektrogerät bzw. jeder Widerstand R im Stromkreis senkt den Antrieb U. Dabei ist die Absenkung des Antriebs proportional zum Widerstand.

U ~ R