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Elektrische Spannung – auch als Elektrik bekannt Potenzieller unterschied – ist die Potenzialdifferenz elektrische Energie zwischen zwei Punkten pro Ladeeinheit. In dem SI-System ist das ausgedrückt in Volt (V). Das Symbol wird oft als Symbol für die elektrische Spannung verwendet SIE benutzt.

Eine elektrische Spannung kann verursacht werden durch:

• ein elektrisches Feld
• eine elektrische Dirigent was quer zu a . ist Magnetfeld bewegt sich
• ein Batterie oder ein aufladbarer Akku
• durch mechanische Reibung

Spannung und Energie

Das Arbeit${Anzeigestil W}$ das in einer statischen elektrisches Feld müsste durchgeführt werden, um eine Ladung der Größe von . zu laden ${Anzeigestil Q}$ von einem Punkt mit Potenzial ${Displaystil V_{0}}$ zu einem Punkt mit einem höheren Potenzial ${Displaystil V_{1}>V_{0}}$ zu bewegen, ist das Produkt aus Ladung und Potentialdifferenz:

${Anzeigestil W=Q(V_{1}-V_{0})}$

Messspannung

Eine elektrische Spannung kann mit a . gemessen werden Voltmeter, die direkt die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem System bestimmt. Die Messung macht nur dann wirklich Sinn, wenn die Spannung über die Zeit konstant ist, es sei denn, das Voltmeter registriert über die Zeit. Als Referenz dient das Potential von "Masse" (zum Beispiel das Metallchassis oder die, Boden) in einem System, das per Definition auf null Volt eingestellt ist.

Ein analoges Voltmeter besteht aus a Weicheisenzähler oder ein Drehspulmesser mit einem Vorwiderstand ausgestattet. Die Messung ist in der Tat eine Messung des Magnetfelds, das durch die elektrischer Strom durch eine Spule. Laut der Ohm'sches Gesetz (${Anzeigestil U=Icdot R}$) ist die Spannung ${Displaystil U}$ proportional zum Widerstand ${Anzeigestil R}$ laufender Stream ${Anzeigestil I}$, und die Anzeige ist ein Maß für die zu messende Spannung.

Das Anschließen des Messgerätes beeinflusst die Messung immer mehr oder weniger stark. Für eine genaue Messung muss das Messgerät möglichst wenig Strom aus dem zu messenden Stromkreis ziehen, d. h. einen großen Innenwiderstand haben; ideal wäre es unendlich groß.

Man kann die Größe von a messen periodisch zeitveränderliche elektrische Spannung mit a . visualisieren Oszilloskop. Dieses Gerät verwendet die zu messende Spannung, ggf. verstärkt, um eine Kurve anzuzeigen, die den zeitlichen Verlauf der Spannung zeigt. Ein Oszilloskop kann auch den Verlauf einer Spannung in einem kleinen Zeitintervall aufzeichnen und visualisieren.

Spannungsbereiche

Beispiele für elektrische Spannung

Das Effektivwert des Wechselstrom Spannung auf der Netz ist normalerweise 230. in Europa Volt. In einigen anderen Teilen der Welt sind es 110 Volt. Weil das Netz in dreifacher Ausführung hergestellt wird, was bedeutet Drehspannung genannt, unter Verwendung aller Phasen, sog. Leistungsstrom von 400 Volt, zum Beispiel für schwerere Geräte, erhältlich. Dies erfordert spezielle mehrpolige Anschlüsse. Normale Haushalte sind meist nur an einer Phase angeschlossen.

Der Holländer elektrische Züge Verwenden Sie 1500 Volt DC (nominal, in der Praxis 1800 V). Die belgischen Züge arbeiten mit 3000 V. Der Zugverkehr in Europa wird künftig verstärkt auf 25000 V AC umgestellt. Gründe hierfür sind die Nachteile einer (relativ) geringen Gleichspannung über lange Distanzen. Gleichspannung ist mit großen Energieverlusten in den Leitungen verbunden. U-Bahn-Züge normalerweise mit 750 Volt DC betrieben, Trolleybusse und Straßenbahnen bei 600 Volt.

Aussehen der elektrischen Spannung

Elektrische Spannungen treten vielerorts auf. Beispiele sind:

• Die sehr niedrigen Spannungen in nerven bei Lebewesen
• Spannungen, die auftreten bei Redoxreaktionen in Flüssigkeiten
• Signale aller Art Sensoren und Empfänger aller möglichen Sender,
• In tragbaren und Haushaltsgeräten
• Hochspannung zur Stromübertragung
• Spannung für den Antrieb von Fahrzeugen aller Art
• Spannung, um alle Arten von Bildern sichtbar zu machen
• Beim photoelektrischen Effekt (wenn Licht auf eine Metallplatte fällt)

In der Natur können Spannungen auch zwischen einer geladenen Wolke und dem Boden (statische Elektrizität). Diese Spannung kann sich entladen, so dass Blitz entsteht.

Das elektrische Masse ist die Hauptpotentialreferenz: Das elektrische Potential der Erde beträgt per Definition null Volt. In einem modernen Auto hat es Metall Chassis das Nullpotential.

Ein aufgeladener Batterie, Batterie oder Kondensator, ein laufender Generator oder Dynamo, ein Solarzelle wo Licht einfällt, liefern alle eine elektrische Spannung. Solange sich diese Spannung wenig oder nicht ändert, wenn die Quelle mit einem Widerstand (z.B. einer Lampe) belastet wird, heißt sie Spannungsquelle. Neben der Spannungsquelle, bei der die Ausgangsspannung unabhängig vom MwSt (möglichst) konstant gehalten wird, das Gegenstück ist der Energiequelle bei dem der Strom (möglichst) konstant gehalten wird, wobei die gelieferte Spannung kaum eine Rolle spielt. In dem Elektronik viel von der 'Konstantspannungsquelle', der sogenannten stabilisierte Nahrung und der 'Konstantstromquelle'.

Definition der möglichen Differenz

Die Potenzialdifferenz ist definiert als der Betrag Arbeit die pro Ladungseinheit durchgeführt werden muss, um eine elektrische Ladung vom ersten zum zweiten Punkt zu bewegen. Eine äquivalente Definition ist der Arbeitsaufwand a Stückpreis ausführen kann, die vom zweiten zum ersten Punkt fließt.

„Spannungsdifferenz“ ist ein häufig verwendetes falsches Wort für Potenzialdifferenz oder Spannung. Theoretisch ist es ein bestehendes Konzept, aber dann z. B. wenn eine Batterie eine Spannung von 9 V und die andere von 1,5 V liefert. Beide Batterien haben dann eine Spannungsdifferenz von 7,5 V.

Elektrisches Feld

Eine elektrische Spannung zwischen zwei Punkten verursacht eine elektrische Feld und damit a Leistung auf eine elektrische Ladung. Diese Kraft ist in der Regel nicht sehr groß, kann aber zum Beispiel dazu führen, dass trockene und gut gewaschene Haare zu Berge stehen, da sie von der gleichen Ladung abgestoßen werden. Die Haare werden hierbei durch den verwendeten Kamm angezogen, der durch das Kämmen eine andere elektrische Ladung hab dann die haare bekommen. Dies ist nicht - wie oft angenommen - die Ursache für Reibung, sondern die Bewegung von zwei Isolatoren mit voneinander verschiedenen elektrostatischen Eigenschaften. In den beiden Isolatoren entsteht eine entgegengesetzte Ladung, die sich gegenseitig eine elektrische Spannung bilden. Die Reibung intensiviert den Kontakt und damit die Effizienz der Spannungserhöhung.

Gleich- und Wechselspannung

Bei den oben genannten Anwendungen kann unterschieden werden zwischen Technologie das nutzt Gleichspannung (DC, von Gleichstrom) und welche Verwendungen Wechselstrom Spannung (AC, von Wechselstrom). Bei Gleichspannung ist das Vorzeichen der Potenzialdifferenz immer gleich und bei Anwendungen meist auch der Pegel, während bei Wechselspannung die Potenzialdifferenz immer das Vorzeichen wechselt, meist sinusförmig.

Gleichspannung wird häufig in Anwendungen verwendet, bei denen ein relativ niedriger Strom ausreichend Energie liefert. Es kann einfach per Batterie versorgt und somit auch gelagert werden. Von dem 19. Jahrhundert Die Verwendung von Gleichstrom für die Energieverteilung wurde zunehmend zugunsten von Wechselspannung aufgegeben, was den Vorteil der Verwendung von a Transformator können ohne großen Energieverlust auf eine andere Ebene umgestellt werden und der Energietransport über weite Strecken ist mit weniger Verlusten verbunden hohe Spannungen. Der Vorteil besteht auch darin, dass Wechselspannung einfacher/effizienter für die mechanische Traktion durch Elektromotoren.

Spannung in einem Stromkreis

Eine elektrische Spannung in a Schaltkreis entsteht nur über zwei Punkte, zwischen denen ein gewisses Impedanz wird dem Strom zur Verfügung gestellt. Wenn Strom durch ein perfektes fließt leitfähig an den Enden dieses Kabels kein Spannungsabfall auftritt.

Spannung ist a ehrgeizig die sich additiv verhält. Die Spannung zwischen zwei Punkten A und C (über B) ist gleich der Spannung zwischen A und B plus der Spannung zwischen B und C (Kirchhoffs Spannungsgesetz).

Die Spannung unterbrechen

Überschreitet die Spannung zwischen zwei Punkten ohne elektrisch leitende Verbindung den Die Spannung unterbrechen des Materials, das sich zwischen den Punkten befindet, dann zu einem bestimmten Zeitpunkt a elektrischer Ausfall. Die Spannung wird so hoch, dass eine Leitung stattfindet. Die Folge sind häufig Feuer oder Stromschlaggefahr. Isolatoren haben eine sehr hohe Durchbruchspannung. Die Durchbruchspannungen von Kunststoffen sind sehr variabel, sodass nicht jeder Kunststoff für jede Isolieranwendung geeignet ist.

Bevor der Durchbruch stattfinden kann, muss eine hohe Spannung vorhanden sein, die hoch genug ist, um die Atome einer Substanz zu ersticken ionisieren. Eine ionisierte Substanz ist in der Lage, elektrischen Strom zu leiten, wodurch eine leitende Brücke zwischen den beiden Punkten entsteht. Das Elektronen dann durch die Führungsbrücke von einem Punkt zum anderen fliegen, dies kann manchmal als ein Funke. Eine Aufteilung wird auch Umschlag genannt, ein bekanntes Beispiel aus der Natur des Umschlags ist Blitz.

Analogien

Um das Phänomen der elektrischen Spannung verständlicher zu machen, wurden Analogien zu intuitiv bekannten Phänomenen erfunden. Das BondgraafTheorie untersucht solche Analogien. Wie alle Analogien gelten diese nicht in allen Situationen. Zum Beispiel sind sie nicht sehr nützlich für die Beschreibung Wechselstrom Spannung.

Wasser

Die Analogie zwischen Elektrizität und Wasser (oder einer anderen Flüssigkeit) wird als bezeichnet hydraulische Analogie.

• Eine Wassermenge kann mit einer elektrischen Ladung verglichen werden.
• Wasserdruck kann mit elektrischer Spannung verglichen werden.
• Wasserfluss (Fließrate) kann mit elektrischem Strom verglichen werden.
• Ein Fluss oder Kanal oder ein Rohr, durch das das Wasser fließt, kann mit einem elektrischen Leiter verglichen werden.
• Die Wand oder ein Deich, durch die das Wasser nicht hindurchgehen kann, können mit einem elektrischen Isolator verglichen werden.
• Ein Wasserstrahl, der hoch aus den Bergen kommt, kann mit einer elektrischen Stromquelle verglichen werden. Die Höhe der Berge ist ein Maß für die Spannung.
• Ein großes Wasserbecken ist vergleichbar mit einer elektrischen Spannungsquelle wie einer Batterie oder einem Akkumulator.
• Eine Pumpe kann mit einem elektrischen Generator verglichen werden.
• Ein Schaufelrad oder eine Wassermühle kann man mit einem Elektromotor vergleichen.
• Schaltung und Leistung.

Man kann sich einen Stromkreis in Analogie zum Zirkulieren vorstellen Wasser in einem Rohrnetz. Der Dynamo oder Generator im Kreislauf entspricht dann einer Wasserpumpe im Wasserkreislauf. Unter Vernachlässigung der Schwerkraft in diesem Gedankengang entspricht die Spannung zwischen zwei Punkten im elektrischen Netz der Differenzdruck zwischen zwei Punkten im Wassernetz. Besteht zwischen zwei Punkten ein Druckunterschied, kann das Wasser beim Vorbeiströmen Arbeit verrichten (z.B. a Turbine Fahrt). Ein Schöpfrad kann sich nur drehen, wenn und ist ein Druckunterschied (die Höhe des Wassers vor und hinter dem Schöpfrad) und auch wenn das Wasser daran vorbeifließt. Leistung ist das Produkt aus Druck und Durchfluss. Ebenso muss ein Elektromotor an eine Spannung angeschlossen und von Strom durchflossen werden. Leistung ist also das Produkt aus Spannung und Strom.

• Widerstand und Strom

Ohne Druckdifferenz kann zwar Wasser fließen, aber keine Arbeit verrichtet werden. Wenn keine Spannungs- oder Druckdifferenz vorhanden ist, kann immer noch Strom fließen, sofern der Widerstand Null ist. In der Praxis geht das nur mit Strom mit Supraleiter. Bei Wasser ist dies möglich, wenn keine Schwerkraft vorhanden ist und kein Rohr Widerstand leistet. Zum Beispiel ein Wasserstrahl in einem Trägheitsrahmenwie in einem Raumschiff. Sobald Wasser durch ein Schaufelrad oder den Widerstand der Rohre Widerstand leistet, muss ein Druck ausgeübt werden, um diesen Widerstand zu überwinden, sonst kommt die Strömung zum Erliegen: ähnlich wie bei elektrischem Strom.

• Ohm'sches Gesetz

Die Analogie zum Wasser ist weit zu denken. Beispielsweise führt eine größere Druckdifferenz zu einem stärkeren Wasserfluss. Eine höhere Spannung erzeugt daher einen höheren Strom. Ein Widerstand kann mit einer Einschnürung in den Wasserleitungen verglichen werden. An dieser Einschnürung wird eine Druckdifferenz erzeugt, genauso wie am Widerstand eine Spannung erzeugt wird. Ein Wasserhahn kann mit einem variablen Widerstand oder einem Potentiometer verglichen werden. Bei geschlossenem Hahn ist der Widerstand unendlich hoch und es fließt kein Strom.

• Potential und statische Aufladung und Entladung

Ein anderes Wort in diesem Zusammenhang für Spannung ist Potential. Bei statischer (statischer) Elektrizität kann man an Seen in den Bergen denken. Dann hat dieses Wasser in einem kleinen See die Fähigkeit (oder das Potenzial), nach unten zu fließen oder zu fallen. Wir sprechen dann von einem Potenzial. Im Wesentlichen ist ein Potenzial nichts anderes als der Druck relativ zum „Null-Niveau“. Pro zehn Meter Höhenunterschied unterscheidet sich der Druck um ein Bar (aufgrund des Wassergewichts). Beim Wasser gibt es eine potentielle Energie (das Potential oder die Fähigkeit, Energie bereitzustellen), die in Wassergeschwindigkeit (kinetische Energie) umgewandelt wird, wenn das Wasser beginnt, über den Rand des Berges zu fließen. In ähnlicher Weise spricht man von einem Potential von beispielsweise einer Elektrizitätsmenge (Elektronen oder Ionen). Blitze können dann analog mit einem „Wasserfall“ aus Elektrizität verglichen werden. Wenn der See leer ist, stoppt die Strömung. Wenn die Ladung der Gewitterwolke ausgeschaltet ist, hört der Blitz auf. Die Analogie geht noch weiter: Horizontale Blitze zwischen verschiedenen Wolken können mit Wasserfällen zwischen Bergseen hoch in den Bergen verglichen werden. In diesem Fall sollte man über Potentialunterschiede oder Spannungen sprechen, oder das Potential oder die Spannung zwischen zwei Wolken.

• Wechselspannung und Gleichrichter

Wechselspannung kann als Wellen auf der Wasseroberfläche dargestellt werden: Wellen des Meeres oder der Flut. Steht Wasser zwischen Steinen in einer Mole still, ist es gleichgerichtete Wechselspannung. Es ist dann eine Gleichspannung geworden. Der Raum zwischen den Steinen kann dann mit dem Kondensator verglichen werden. Die Steine ​​selbst können mit der Diode verglichen werden, die den Wasserfluss gleichrichtet. Die Wellen, die auf den Rand der Steine ​​treffen, sind der pulsierende Strom, der den Kondensator speist. Die Risse zwischen den Steinen, durch die das Wasser abläuft, sind das "Leck" des Kondensators.

• Transistor

EIN Transistor hat das Äquivalent eines Trichters (Emitterstrom), bei dem eine Wassermühle (Basisstrom) das Trichterventil öffnet. (Das Wasser, das die Mühle antreibt, landet auch im Trichterauslauf.)

Wärmeübertragung

Wird ein Material mit einer Temperaturdifferenz beaufschlagt, wird die Wärmeübertragung (in Form eines Wärmestroms q) Leistung. Die darstellende q hängt von der angewandten Temperaturdifferenz ab, aber auch der „Widerstand“ des Materials (zB einer Wand) spielt eine Rolle. Kupfer hat beispielsweise einen höheren Wärmeleitfähigkeitk (k~400 W/m K) als Wärmeisolatoren wie Asbest (k=0,16W/m·K) oder Argon (k= 0,0179 W/m·K). Letztere wird als Zwischenschicht bei Doppelverglasung verwendet.

Wissenswertes

• In Analogie zur Einheit Volt wird statt "Spannung" oft "Spannung" gesagt. Dies gilt als weniger richtig.^[Quelle?] Der Begriff "Spannung" ist für Laien offensichtlicher als "Spannung".^[Quelle?]
• Auf 17. Mai1979 wurde in Tennessee die höchste erzeugte Spannung aller Zeiten: 3.215 × 10⁸ (321,5 Millionen) Volt.