Elektrische Spannung U

Über die elektrische Spannung können folgende Aussagen gemacht werden:

  • Die elektrische Spannung ist der Druck oder die Kraft auf freie Elektronen.
  • Die elektrische Spannung ist die Ursache des elektrischen Stroms.
  • Die elektrische Spannung (Druck) entsteht durch den Ladungsunterschied zweier Punkte oder Pole.

Die elektrische Spannung an Spannungsquellen bzw. Leistungserzeugern:

Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen. Auf der anderen Seite ist der Minuspol mit einem Überschuss an Elektronen. Die elektrische Spannung U gibt an, wie viel Energie notwendig ist, um diesen Unterschied der Elektronenmenge zu erreichen. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen, kommt es zu einer Entladung. Bei diesem Vorgang fließt ein elektrischer Strom.

Die elektrische Spannung in elektronischen Schaltungen:

Spannungsquellen und Spannungsabfälle

Der Begriff der Spannung findet in einer Schaltung in verschiedenen Formen Anwendung. Bei den Spannungserzeugern (Spannungsquelle oder Netzspannung) in Form eines Generators oder Netzgeräts, welche die Spannung Uges oder UBat bereitstellen. Man nennt diese Spannung auch Quellenspannung Uq oder Urspannung. Diese Spannung teilt sich an den Verbrauchern im Stromkreis auf (Reihenschaltung). Die Teilspannungen werden als Spannungsabfall bezeichnet, die aber nichts mit Müll oder Dreck zu tun haben. Man meint damit das Abfallen (Reduzieren) der Quellenspannung am Verbraucher.

Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen. Auf der anderen Seite ist der Minuspol mit einem Überschuss an Elektronen. Die elektrische Spannung U gibt an, wie viel Energie notwendig ist, um diesen Unterschied der Elektronenmenge zu erreichen. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen, kommt es zu einer Entladung. Bei diesem Vorgang fließt ein elektrischer Strom.

Maßeinheit

...
1.000.000 V = 1 MV (Megavolt)
100.000 V = 100 kV (Kilovolt)
10.000 V = 10 kV (Kilovolt)
1.000 V = 1 kV (Kilovolt)
100 V (Volt)
10 V (Volt)
1 V (Volt)
0,1 V = 100 mV (Millivolt)
0,01 V = 10 mV (Millivolt)
0,001 V = 1 mV (Millivolt)
0,0001 V = 100 µV (Mikrovolt)
...

Die gesetzliche Grundeinheit der elektrischen Spannung ist 1 Volt (V). Normalerweise liegen die Spannungswerte in der Elektronik zwischen einigen Millivolt und mehreren hundert Volt. In der Hochspannungstechnik wird mit Kilovolt (kV) und Megavolt (MV) gearbeitet.

Formelzeichen

Das Formelzeichen der elektrischen Spannung ist das große "U". In der englischsprachigen Literatur wird für die elektrische Spannung (voltage) das Formelzeichen "V" benutzt. So findet man in der Schaltungstechnik häufig Spannungsbezeichnungen, wie VOUT (Ausgangsspannung), VBAT (Batteriespannung) und andere. Sowohl das Formelzeichen als auch die Einheit sind beides V.
Davon abweichend gibt es verschiedene Schreibweisen in Groß- und Kleinschreibung mit zusätzlichen Kennzeichen, die eine bestimmte Bedeutung haben. Während für Gleichspannungsgrößen generell das große "U" als Formelzeichen verwendet wird, wird für Wechselspannungsgrößen oft auch das kleine "u" als Formelzeichen verwendet. Eine Zahl oder Buchstaben als Index kennzeichnen in einer Schaltung eine bestimmte Spannung.

U : Elektrische Spannung
u : Augenblickswert einer Wechselspannung
û : Scheitelwert einer Wechselspannung
VCC : Betriebsspannung einer Schaltung
UGES : Gesamtspannung einer Schaltung
UR1 : Spannung am Widerstand R1
...

Wie es zum deutschen Formelzeichen U gekommen ist, ist unbekannt. Es gibt allerdings viele verschiedene Erklärungen dazu. Eine Erklärung besagt, dass das deutsche Formelzeichen U vom Lateinischen "urgere" (drängen, treiben, drücken) abgeleitet ist.

Spannungsarten

Im Zusammenhang mit der Einheit V (Volt) kommen häufig die Kürzel "AC" und "DC" vor.

  • Die Abkürzung "AC" steht für "alternating current" (Englisch) und bedeutet auf Deutsch "wechselnder Strom".
  • Die Abkürzung "DC" steht für "direct current" (Englisch) und bedeutet auf Deutsch "Gleichstrom".

Warum kennzeichnet man eine Spannung mit einem Strom? Wechselspannung deutet immer daraufhin, dass wir es mit Wechselstrom zu tun haben. Desweiteren tritt Strom immer mit Spannung zusammen auf. Wenn irgendwo Strom fließt, dann liegt da auch eine Spannung an.

Formeln zur Berechnung

Formel
Formel
Formel
Formel

Potential und Spannungsrichtung

Potential und Spannungsrichtung

Das Potential phi eines Punktes ist gleich der Spannung dieses Punkts gegenüber dem Bezugspunkt 0 V. Der Bezugspunkt wird auch als Masse bezeichnet. Die Angabe oder Messung eines Potentials bezieht sich immer auf den Bezugspunkt.
Bei der Messung eines positiven Werts, ist das Potential positiver als der Bezugspunkt. Das Vorzeichen ist Plus. Bei der Messung eines negativen Werts, ist das Potential negativer als der Bezugspunkt. Das Vorzeichen ist Minus.
Die Spannung hat eine bestimmte Wirkrichtung. In einer Schaltung wird diese Richtung durch einen Pfeil angezeigt. Grundsätzlich zeigt der Spannungspfeil von Plus nach Minus oder von einen höheren Spannungswert (Potential) zum niedrigeren Spannungswert (Potential).
In einer Schaltung wird der Spannungspfeil einer Spannungsquelle vom Plus- zum Minuspol gerichtet. Der Spannungspfeil eines Spannungsabfalls (Teilspannung) an einem Verbraucher (z. B. Widerstand) zeigt in Richtung der technischen Stromrichtung, weil der Strom immer vom höheren Potential zum niedrigeren Potential fließt.

Messen der elektrischen Spannung

Messen mit dem Spannungsmessgerät

  • Die Messung erfolgt in der Regel mit einem digitalen Vielfachmessgerät (Multimeter).
  • Das Spannungsmessgerät wird immer parallel zur Spannungsquelle oder zum Bauelemente angeschlossen.
  • Im Gegensatz zum Strom kann man das Spannungsmessgerät im laufenden Betrieb an- und abklemmen.
  • Spannungsmessung
  • Spannungsprüfer

Spannungserzeugung

Erzeugung durch Bauelement Spannungsbereich
Druck oder Biegung Piezo-Effekt, Kristallverforumg im mV-Bereich
Reibung Hartgummistag bis kV
Bewegung Generator, Dynamo bis 500 V
Erwärmung Thermoelement im mV-Bereich
Chemische Umwandlung Batterie, Akku bis 24 V
Magnetfelder Hall-Generator im mV-Bereich
Licht Fotoelement, Solarzelle mV bis V

Spannung in der Elektronik

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