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Elektrische Spannung

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Robert Worm
Elektrische Spannung
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse

Beschreibung Elektrische Spannung

Elektrische Spannung

Den Begriff Spannung hast du sicher schon einmal im Zusammenhang mit elektrischen Geräten gehört. Zum Beispiel steht auf jedem Smartphone, mit welcher Spannung es geladen werden muss. Aber was ist elektrische Spannung eigentlich?

Elektrische Spannung – einfach erklärt

Die elektrische Spannung ist eine Grundgröße in der Elektrodynamik, die zum Beispiel in elektrischen Schaltungen eine Rolle spielt. Sie hat das Formelzeichen $U$. Die elektrische Spannung wird in der Einheit Volt ($\text{V}$) angegeben. Wir betrachten zur Veranschaulichung einen einfachen Stromkreis, in dem ein Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist:

Elektrische Spannung Physik

Man kann die elektrische Spannung mit einem Voltmeter messen, das parallel zum Widerstand geschaltet ist. Es gibt zwei unterschiedliche Schaltzeichen für Spannungsmessgeräte, die beide in der Abbildung gezeigt sind. Das Amperemeter misst die Stärke des elektrischen Stroms. Erhöht man die Spannung bei gleichbleibendem Widerstand, steigt auch die Stromstärke $I$ an:

$U \nearrow ~ ~ \Longrightarrow ~ ~ I \nearrow$

Die Spannung muss also die Ursache für den elektrischen Strom sein. Aber wie können wir uns das bildlich vorstellen?

Hydraulische Analogie

Eine einfache Analogie, die die Spannung verdeutlicht, ist die hydraulische Analogie. Wir stellen uns dazu eine Wasserpumpe vor, die Wasser in ein Becken pumpt, das sich in der Höhe $h$ befindet. An das Becken ist ein Rohr angeschlossen, durch das das Wasser wieder nach unten strömen kann. Dabei hat es umso mehr Wucht, je höher das Becken gelegen ist. Am unteren Ende des Rohrs befindet sich eine Turbine. Diese wird durch das nach unten strömende Wasser angetrieben.

Elektrische Spannung Physik, Hydraulische Analogie

In diesem Analogon ist die Pumpe die Spannungsquelle und die Höhe $h$ die Spannung. Je stärker die Pumpe ist, umso höher kann das Wasser gepumpt werden. Analog dazu kann eine stärkere Spannungsquelle eine höhere Spannung liefern. Die Rohre sind wiederum die elektrischen Leitungen und die Turbine der Verbraucher oder Widerstand. Strömt das Wasser aus größerer Höhe nach unten, kann es die Turbine mit mehr Wucht betreiben – genau wie eine stärkere Spannungsquelle einen elektrischen Verbraucher mit größerer Leistung betreiben kann. Dieses Analogon ist natürlich nicht eins zu eins übertragbar, veranschaulicht das zugrunde liegende Prinzip aber sehr gut.

Dieses Video

In diesem Video erhältst du einen ersten Einblick darüber, was die elektrische Spannung in der Physik ist. Wenn du mehr über dieses Thema lernen möchtest, solltest du dir die Videos zum elektrischen Potenzial und zu elektrischen Spannungsquellen anschauen.

Transkript Elektrische Spannung

Guten Morgen, ich bin der Robert Schabloni und in der heutigen Sendung geht es um die elektrische Spannung. Die elektrische Spannung hat etwas mit Stromkreisen zu tun und deshalb zeichne ich hier mal einen hin. In einem Stromkreis gibt es eine Spannungsquelle U, einen sogenannten Verbraucher und einen Widerstand R. Wenn man ein Messgerät für die Spannung zeichnen will, dann nimmt man einen Kreis mit einem Pfeil durch. Daran schreibt man ein großes V, denn das V steht für Volt. Volt ist die SI-Einheit für die Spannung. Die Kreise, die ich jetzt hier noch einzeichne, heißen, dass die Leitungen miteinander verbunden sein sollen, das heißt, die sollen sich so berühren, dass da ein Strom durchfließen kann. Was bedeutet es eigentlich, wenn wir eine Spannung von 9 Volt messen? Die Stromstärke hängt von zwei Größen ab: Von dem Widerstand des Stromkreises und der Spannung, die anliegt. Wenn wir den Stromkreis nicht ändern und die Spannung größer machen, dann wird die Stromstärke auch größer. Die Voltzahl gibt an, wie stark die Elektronen, die durch die Leitung strömen, angetrieben werden. Die Spannung ist die Ursache dafür, dass ein Strom fließt. Dazu zeige ich jetzt einen Vergleich: Elektrischen Strom kann man nicht sehen, und deshalb können wir uns schlecht vorstellen, wie die Größen im Stromkreis sich verhalten. Aber mit Wasser sind wir vertrauter: Wir haben ein Wasserbecken und eine Pumpe. Die Pumpe pumpt das Wasser durch ein Rohr nach oben in ein zweites Becken. Dann fällt es in einem anderen Rohr wieder nach unten zurück in das erste Becken. Je höher wir das Wasser pumpen, desto mehr Wucht hat es, wenn es unten ankommt. Unten am Rohr könnte man eine Turbine einbauen - je tiefer das Wasser fällt, umso mehr könnte diese Turbine leisten. Die Pumpe entspricht der Spannungsquelle im Stromkreis. Die Höhe, von der das Wasser herunterfällt, entspricht der Spannung. Das Rohr entspricht dem elektrischen Leiter, z.B. ein Kupferdraht, und die Turbine entspricht einem Verbraucher, das könnte z.B. dann eine Glühlampe sein. Eine Spannungsquelle kann man verschieden darstellen: Eine Gleichspannung hat immer einen Pluspol und einen Minuspol. Man kann einen kurzen Strich für den Pluspol und einen langen für den Minuspol zeichnen. Oder man zeichnet zwei kleine Kreise und schreibt Plus und Minus dran. Bei einer Wechselspannung werden Plus- und Minuspol fortlaufend vertauscht. Da zeichnet man zwei kleine Kreise und eine Tilde - eine Schlangenlinie - dazwischen. Was sind denn typische Spannungswerte? An der Steckdose liegt eine Wechselspannung von 230 Volt an. So eine Blockbatterie liefert eine Spannung von neun Volt. So eine AAA-Batterie liefert 1,5 Volt. Übrigens addieren sich Spannungen. Wenn man vier Stück dieser kleinen Batterien hintereinander legt, dann hat man vier mal 1,5 Volt, also sechs Volt. Damit kann man schon ein kleines Kofferradio betreiben. In unseren Muskeln und in unserem Gehirn treten Spannungen von rund 100 Minivolt auf, die auch unsere Gehirnströme antreiben. Also auch ein Mensch funktioniert mit Elektrizität. Wenn es draußen gewittert und blitzt, dann liegen mehrere Millionen Volt zwischen den Wolken oder zwischen Wolke und der Erdoberfläche. Dadurch fließt ein riesiger Strom durch die Luft, und den sieht man dann als Blitz. Das war’s zur elektrischen Spannung - schaut euch dann auch mal das Video zur Stromstärke an und zum elektrischen Widerstand, zusammen versteht man das alles noch besser. Ich verabschiede mich jetzt und wünsche euch noch einen angenehmen Tag, bis zum nächsten Mal.

20 Kommentare

20 Kommentare
  1. Sehr gut!
    Nächstes mal würd ich halt einfach mehr rauf achten, dass es nicht so neutral lingt sondern bissi Betohnung

    LG dankeschön!

    Von L. A., vor 5 Monaten
  2. Sehr gut erklärt

    Von Leon S., vor 9 Monaten
  3. hat echt geholfen

    Von Laraaaaaa, vor 10 Monaten
  4. Echt toll erklärt!
    Hat mir super weitergeholfen:)))

    Von Sofia C., vor fast 4 Jahren
  5. Super danke ! ;)

    Von Der Mü, vor etwa 4 Jahren
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