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Elektrische Spannung einfach erklärt

Geschrieben von: Dennis Rudolph
Sonntag, 01. Januar 2017 um 15:00 Uhr

Die elektrische Spannung wird in diesem Artikel einfach erklärt. Kurzfassung der Inhalte:

  • Eine Erklärung, was die elektrische Spannung ist.
  • Viele Beispiele rund um Spannung und Spannungsstärke.
  • Aufgaben / Übungen zur Spannung.
  • Ein Video, welches sich mit den Grundlagen der Elektrotechnik befasst.
  • Ein Frage- und Antwortbereich rund um die Spannung.

Hinweis:

Dieser Artikel ist Teil unseres Kurses zur Elektrotechnik "Von der Grundlagen der Elektrotechnik in der 5. Klasse bis zum Ingenieur".

Erklärung elektrische Spannung

In den Grundlagen der Physik lernt man, dass es elektrische Ladungen gibt. Bewegen sich diese Ladungen erhält man einen elektrischen Strom. Und damit können wir uns auch gleich die elektrische Spannung ansehen.

Hinweis:

Die elektrische Spannung zeigt an, wie stark der Antrieb des elektrischen Stromes ist. Sie ist im Prinzip der "Tritt in den Hintern" der Ladungen, damit diese sich bewegen. Je größer die Spannung, desto stärker der Antrieb.

Wie groß die elektrische Spannung ist wird in Volt angegeben. Abgekürzt wird diese Einheit mit einem "V". Das Formelzeichen ist ein großes "U". Für dieses "U" wird dann die elektrische Spannung eingesetzt, zum Beispiel 5 V.

Elektrische Spannungen werden von Spannungsquellen erzeugt. Eine Spannungsquelle hat zwei Anschlüsse: plus und minus. In der Elektrotechnik zeichnet man oftmals Pläne mit allen Bauteilen. In diese Pläne zeichnet man die Spannungsquelle so ein:

Spannungsquelle Schaltzeichen

Dies war das allgemeine Schaltzeichen für eine Spannungsquelle. Man kann Spannungen auch mit einer Batterie erzeugen. In diesem Fall wird das Symbol in der Schaltung wie folgt eingezeichnet:

Spannungsquelle Batterie

Leerlaufspannung und Klemmenspannung:

Wir haben eben gesehen, dass eine Spannungsquelle zwei Ausgänge hat. Zwischen diesen kann man auch die Spannung messen. Dabei unterscheidet man zwei verschiedene Arten der Messung:

  • Leerlaufspannung: Die Leerlaufspannung ist die an den Klemmen einer unbelasteten Spannungsquelle gemessene elektrische Spannung. Anders ausgedrückt: Wir haben eine Spannungsquelle an der nichts angeschlossen ist und wir messen mit einem Messgerät welche Spannung diese abgibt.
  • Klemmenspannung: Dies ist die Spannung, die zwischen den Klemmen der Spannungsquelle vorliegt. Wird die Spannungsquelle durch einen Verbraucher wie zum Beispiel einem Lampe belastet, dann sinkt die Klemmenspannung ab (sofern keine technischen Gegenmaßnahmen getroffen werden).

Gleichspannung und Wechselspannung:

Im Artikel zum elektrischen Strom wurde kurz auf Gleichstrom und Wechselstrom eingegangen. Dies gibt es auch für die Spannung mit Gleichspannung und Wechselspannung.

  • Gleichspannung: Bei einer Gleichspannung ist die Spannung gleich, sprich zu jedem Zeitpunkt weist diese das selbe Vorzeichen und den selben Betrag auf. Man spricht auch noch von Gleichspannung, wenn der Gleichanteil gegenüber einer periodischen Spannung vorrangige Bedeutung hat. Anders ausgedrückt: Liegt für 10 Sekunden eine Spannung von dauerhaft 3 V an haben wir für diesen Zeitraum eine Gleichspannung.
  • Wechselspannung: Man bezeichnet eine elektrische Spannung als Wechselspannung, wenn deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt, deren zeitlicher Mittelwert aber Null ist. Anders ausgedrückt: Die Spannung sei zum Beispiel 4 V, geht dann auf -4 V runter, steigt wider auf + 4 V etc. Und dies regelmäßig als so genannte Sinus-Funktion. An der Steckdose im Haus liegt Wechselspannung an.

Formel elektrische Spannung:

Es gibt zahlreiche Formeln um elektrische Spannungen berechnen zu können. Zwei dieser Formeln sollen hier einmal vorgestellt werden. Die erste Formel bzw. Gleichung stellt den Zusammenhang zwischen Spannung, Arbeit und Ladung her. Bitte nicht wundern, dass hier auch Begriffe auftauchen, die noch nicht erläutert wurden. Sie werden in Folgeartikeln behandelt, die Formeln sollen jedoch der Vollständigkeit halber hier mit angegeben werden.

Elektrische Spannung Formel mit Arbeit

Oder in Worten ausgedrückt:

Elektrische Spannung gleich Arbeit durch Ladung

Eine zweite Formel stellt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand her. Es ist die Formel hinter dem Ohmschen Gesetz.

Elektrische Spannung mit Ohmschen Gesetz

Oder in Worten ausgedrückt:

Spannung ist gleich Widerstand mal Strom

Beispiele elektrische Spannung

In diesem Abschnitt sollen noch eine Reihe an Beispielen zur elektrischen Spannung behandelt werden.

Beispiel 1:

Nenne eine Reihe an elektrischen Geräten, die Spannung für den Betrieb benötigen.

Lösung:

Hier kann man ganz viele Geräte und Maschinen nennen. Hier einige Möglichkeiten:

  • Kühlschränke
  • Gefriertruhen
  • Autos
  • Flugzeuge
  • Fernseher
  • Smartphones / Handys
  • Drucker
  • Klimaanlagen

Beispiel 2:

Gegeben sei ein Strom von 3 Ampere bei einem Widerstand von 10 Ohm. Wie groß ist die Spannung?

Elektrische Spannung Beispiel 2

Wir kennen Strom und Widerstand, daher nehmen wir als Formel U = R · I. Hier setzen wir die Angaben ein und erhalten die Spannung zu U = 30 ΩA. Dies entspricht U = 30 V.

Aufgaben / Übungen elektrische Spannung

Aufgabe 1: In diesem Abschnitt bekommt ihr Fragen und Aufgaben zum Rechnen rund um die elektrische Spannung. Wer eine Frage oder Übung nicht mag, der kann auf "überspringen" klicken. Zur ersten Frage: In welcher Einheit wird die elektrische Spannung angegeben?

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Videos zur Spannung

Grundlagen Elektrotechnik

Das nächste Video zeigt die Grundlagen der Elektrotechnik. Es geht darum grundlegende Zusammenhänge in diesem Bereich zu lernen. Die elektrische Spannung wird dabei auch behandelt und auch wie diese beim Ohmschen Gesetz eingesetzt wird.


Nächstes Video »

Fragen mit Antworten elektrische Spannung

In diesem Abschnitt geht es noch um typische Fragen rund um die elektrische Spannung.

F: Welche Themen sollte ich bei den Grundlagen der Elektrotechnik noch lernen?

A: Befasst euch auf alle Fälle noch mit diesen Themen:

  • Elektrischer Strom
  • Elektrischer Widerstand
  • Ohmsches Gesetz
  • Reihenschaltung von Widerständen
  • Parallelschaltung von Widerständen

Schaut euch diese und weitere Themen an unter Kurs Elektrotechnik lernen.

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