Elektrische Spannung

Die elektrische Spannung ist ein Grundbaustein in der Elektrotechnik. Doch was genau ist elektrische Spannung? In diesem Beitrag erklärt WechselJetzt.de die elektrische Spannung einfach und verständlich.

Jedes elektrische Gerät braucht Spannung. Elektrische Spannung muss in einem Stromkreis verbunden sein. Wie diese elektrische Spannung fließt, was sie ist und wie elektrische Spannung (U) gemessen wird, finden Sie in diesem Beitrag. Außerdem erklären wir hier Begriffe und Formeln zur elektrischen Spannung.

Elektrische Spannung

Die elektrische Spannung ist der Grund, warum elektrischer Strom entstehen kann. Sie wird in der Physik mit dem Buchstaben U abgekürzt. Sie kann auch als Antrieb für Strom bezeichnet werden. Elektrische Spannung entsteht dann, wenn die Ladungen getrennt werden. Es sind also alle positiven Ladungen auf der einen Seite und alle negativen auf der anderen Seite. Wenn diese zwei Seiten mit einem leitenden Material verbunden werden, fließt Strom. Offiziell ist elektrische Spannung wie folgt definiert:

Die elektrische Spannung U ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld. Sie ist die treibende Kraft für die Ladungsbewegung.

Was ist Spannung?

Als Spannung wird in der Physik die Differenz zwischen zwei Potentialen bezeichnet. Das Potential meint hier die Ladung eines Körpers. Oft wird der Stromkreis hier mit einem Wasserkreislauf verglichen: In zwei Becken, die mit einem Rohr verbunden sind, ist unterschiedlich viel Wasser, ein Becken ist weiter oben als das andere. Das Wasser läuft automatisch in das untere Becken. So ähnlich funktioniert es auch mit dem Strom, wenn geladene Körper durch einen Leiter verbunden werden.

Formeln

Die Formel der elektrischen Spannung lautet:

U = R · I .

Das Formelzeichen U steht für elektrische Spannung. R steht für Widerstand und I für Strom. Die Spannung ist also gleich Widerstand mal Strom. Der Zusammenhang zwischen Widerstand und Strom nennt sich Ohmsches Gesetz. Es gibt noch eine weitere Formel, um elektrische Spannung zu berechnen:

U = P : I.

Hier steht das P für Leistung. Die Leistung, geteilt durch den Strom, ist die elektrische Spannung.

Einheit der elektrischen Spannung

Elektrische Spannung wird in Volt gemessen. Volt wird mit dem Formelzeichen V abgekürzt.

[U] = 1V

Wie auch im metrischen Messsystem kann die Messung der Spannung in Mikrovolt, Millivolt, Kilovolt und Megavolt vorkommen. Meist wird im Alltag nicht die elektrische Spannung gemessen, sondern der Strom an sich. Diese Einheit Volt wurde durch den Physiker Alessandro Volta benannt. Dieser war ein italienischer Forscher im 18. und 19. Jahrhundert.

Gleich- und Wechselspannung

Elektrische Spannung kann entweder Wechsel- oder Gleichspannung sein. Was der Unterschied zwischen diesen Spannungen ist, erklären wir hier.

Gleichstrom

Gleichstrom ist Strom mit Gleichspannung. Die Richtung und der Betrag der Spannung bleiben bei diesem Strom über eine längere Zeit gleich. Der Strom fließt in die gleiche Richtung. Batterien zum Beispiel funktionieren mit Gleichspannung. Gleichspannung wird oft als DC (direct current) abgekürzt. Wie Gleichstrom funktioniert, lesen Sie im verlinkten Beitrag.

Wechselstrom

Eine andere Art der elektrischen Spannung ist die Wechselspannung. Betrag und Richtung ändern sich. Darum heißt dieser Strom Wechselstrom. Wechselstrom ist der Strom, der in unseren Steckdosen fließt. Auch Starkstrom ist Wechselstrom, der in drei Phasen transportiert wird. Die Wechselspannung wird auch AC (alternating current) abgekürzt.

Messung der Spannung

Natürlich können wir wie oben erwähnt elektrische Spannung messen. Dazu sind Spannungsmessgeräte notwendig. Diese werden auch Voltmeter genannt. Fachkräfte messen meist mit dem Digitalmultimeter (DMM) die Spannung an der Steckdose.

Spannung im Stromkreis

Ein Stromkreis funktioniert nur aufgrund der elektrischen Spannung. Der Strom fließt von Minus zu Plus. Strom fließt also aus der Steckdose durch die Geräte. Ein Stromkreis funktioniert entweder mit einer Reihenschaltung oder mit einer Parallelschaltung. Bei der Reihenschaltung werden Glühlampen nacheinander verbunden, bei der Parallelschaltung gehen sie gleichzeitig an.

Was ist Stromstärke?

Die Stromstärke beschreibt, wie viele Elektronen in einem Kabel fließen. Stromstärke wird in Ampere (A) gemessen. Je nachdem wie viele Elektronen pro Sekunde geleitet werden, desto stärker ist der Strom.

Was ist Leistung?

Die Stromstärke und die Spannung machen die Leistung eines elektrischen Gerätes aus. Leistung wird in Watt (W) gemessen. Je mehr Watt ein Gerät hat, desto größer die Leistung.

Beispiel für elektrische Spannung

Zur Veranschaulichung haben wir bei WechselJetzt mal bei einigen Alltagsgegenständen die elektrische Spannung gemessen. Die folgende Tabelle zeigt, wie viel elektrische Spannung diese Gegenstände haben.

Hochspannungsleitungen haben, wie der Name schon sagt, eine sehr hohe elektrische Spannung. Der Strom kann dadurch besser und schneller transportiert werden. Diese Stromstärke kann auch gefährlich sein, da Spannungen in Kilovolt oder Megavolt lebensgefährlich für Menschen sein können. Doch bevor der Strom in unsere Steckdose geleitet wird, wird die Spannung verringert.

Gefahren durch elektrische Spannung

Elektrische Spannung kann auch zur Gefahr werden, da sie nicht äußerlich erkennbar ist. Darum ist elektrische Spannung oft mit einem gelben Schild mit schwarzem Blitz gekennzeichnet. Wenn elektrische Spannung durch den menschlichen Körper geleitet wird, können Durchströmungsunfälle vorkommen. Ab 50 Volt kann Spannung lebensgefährlich werden. Folgen können Herzrhythmusstörungen oder Herzstillstand sein.

Fazit

Elektrische Spannung beschreibt also die Stromspannung in der Elektrotechnik, die entsteht, wenn ein Ungleichgewicht zwischen Elektronen entsteht. Diese Spannungen ermöglichen das Fließen von elektrischem Strom. Die elektrische Spannung (U) wird durch einen Pluspol und einen Minuspol verbunden.