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Spannung 05:50 min

Textversion des Videos

Transkript Spannung

Hallo! Schön, dass ihr da seid. In diesem Video geht es um die elektrische Spannung. Wir kennen ja schon den Strom und wir wissen, Strom sind fließende Ladungen. Das kann man sich immer sehr gut an einem Wasserkreislauf verdeutlichen. Hier haben wir einen solchen. Das Wasser fließt hier rechts nach unten und treibt dabei ein solches Wasserrad an. In der Elektrizität würde die Wasserleitung ein Kabel darstellen und das Wasserrad, als Verbraucher, eine Lampe. Damit das Wasser das Wasserrad überhaupt antreiben kann, benötigt man aber, hier links, eine Pumpe, die das Wasser immer wieder nach oben transportiert. Und beim Strom ist das genauso. Damit der überhaupt fließen kann, benötigt man, hier links im Stromkreis, eine sogenannte Spannungsquelle. Bei Gleichstrom schreibt man hier immer noch ein + und ein -, also die Polung oder die Richtung des Stroms hin. Und was genau die Spannungsquelle macht oder was sie bewirkt, wollen wir uns jetzt einmal genauer angucken. Also dieser Kasten hier soll jetzt mal eine Spannungsquelle darstellen. Eine Spannungsquelle hat ja immer mindestens 2 Ausgänge, einen negativen Pol, hier in blau dargestellt, und einen positiven Pol in rot. Und in der Spannungsquelle befinden sich ganz viele negative Ladungen, also Elektronen, und positive Ladungen, also Protonen, die zunächst noch miteinander vermischt sind. Die Spannungsquelle schafft es aber mit viel Kraft, die Ladungen auseinanderzureißen. In einer Spannungsquelle werden also positive und negative Ladungen voneinander getrennt. Jetzt entsteht aber ein Ladungsungleichgewicht, denn an der einen Stelle gibt es ganz viele Elektronen und an der anderen Stelle fehlen welche. Und um dieses Ungleichgewicht auszugleichen, fließt elektrischer Strom. Die hier blauen Elektronen wollen also vom Minuspol weg und zum Pluspol hin. Aber da die Spannungsquelle, wenn sie weiter läuft, immer wieder neue Ladungen trennt, kann das Ungleichgewicht nie ausgeglichen werden und es fließt immer weiter Strom. Also, nochmal zum Zusammenfassen: Spannung ist die Ursache oder anders gesagt, die Möglichkeit, für elektrischen Stromfluss. Die Möglichkeit deswegen, weil nicht automatisch immer dann, wenn eine Spannung anliegt oder Ladungen getrennt sind, Strom fließen muss. Strom fließt nämlich nur im Kontakt mit einigermaßen guten Leitern. Gut. Gucken wir jetzt nochmal, wie sich die Spannung in verschiedenen Stromkreisen verhält. Zunächst: die Parallelschaltung. Dazu zeichnen wir hier parallel zu der ersten Lampe noch eine zweite Lampe ein. Dann erhalten wir einen verzweigten Stromkreis. Auch das wollen wir mal wieder mit unserem Wasserkreislauf vergleichen. Wir bauen also neben dem ersten Wasserrad noch ein zweites ein. Und beim Wasser stellt ja der Höhenunterschied die Spannung dar. Wir sehen aber, das Wasser muss, um von oben nach unten zu kommen, jeweils die gleiche Strecke durchlaufen. Das heißt, wir haben hier einen gleichen Höhenunterschied. Und beim Stromkreis sind ja die Wasserräder die Lampen L2 und L1. Und er Höhenunterschied entspricht ja den einzelnen Spannungen, die an den Lampen anliegen. Das Formelzeichen für die Spannung ist das U. Das heißt, es gilt: U1=U2. Also, kurze Zusammenfassung: In einer Parallelschaltung ist die Spannung überall gleich. Aber es gibt ja nicht nur Parallelschaltung, es gibt ja auch Reihenschaltung oder unverzweigte Stromkreise. Da gelten nämlich ganz andere Regeln. Also: die Reihenschaltung. Dazu bauen wir direkt unter die Lampe L1 noch eine zweite Lampe L2 ein, also haben wir jetzt zwei Verbraucher. Und genau das Gleiche tun wir im Wasserkreislauf: Wir bauen direkt unter das erste Wasserrad noch ein zweites ein. So, und jetzt müssen wir den gesamten Höhenunterschied aufteilen, auf die beiden Wasserräder. Die gesamte Strecke oder die gesamte Spannung hat sich jetzt aufgeteilt auf 2 Teilstücke. Und zusammen ergeben die beiden Stücke wieder den gesamten Höhenunterschied. Und so ähnlich ist das auch bei der Reihenschaltung. Die Spannungsquelle liefert die Gesamtspannung, UGesamt. Und diese teilt sich nun auf an den Lampen in U1 und U2. In einer Reihenschaltung gilt nun also das Gesetz: UGesamt=U1+U2. Oder in Worten: In einer Reihenschaltung gilt: Die Teilspannungen addieren sich und ergeben dann die Gesamtspannung. Gut. Zum Schluss kommen wir noch zu etwas, was wir noch gar nicht betrachtet haben: die Einheit. Das ist das V, ausgesprochen: das Volt. Und das ist die Einheit der Spannung U. Gut, das war es zur Einführung in die Spannung. Ich hoffe, das Video hat euch gefallen. Bis zum nächsten Mal. Tschüss.

12 Kommentare
  1. War sehr verständlich

    Von Maximilian T., vor mehr als einem Jahr
  2. So etwas hat mein Physiklehrer nicht mal erwähnt. Danke für die Erklärung

    Von Sara Lea, vor mehr als 3 Jahren
  3. Wirklich Spannend :-D

    Von Marouan, vor mehr als 4 Jahren
  4. Durch dieses Video habe ich das Thema viel besser verstanden !!! Danke, bei meinem Lehrer versteht man nur Chinesisch -.-

    Von LiDonDe M., vor etwa 5 Jahren
  5. jetzt hab ichs erst RICHTIG verstanden !!

    Von Elisabetta Sommer, vor fast 6 Jahren
  1. Gut gemacht , Danke für die Ausführungen zu diesem Thema

    Von Goennheimer, vor mehr als 6 Jahren
  2. Danke hat mir wirklich sehr gut geholfen :-)

    Von Kopil, vor etwa 7 Jahren
  3. na ja,das wasserrad ist ja eig kein verbraucher oder ? es leitet den strom doch nur weiter

    Von Muktasana, vor mehr als 7 Jahren
  4. gut gut :D mädels halt immer schön ufgeräumt

    Von Lernender, vor mehr als 7 Jahren
  5. gaz gut !!!!!!!!!!!
    abba nicht wennn mans noch nicht hatte !!!!1 XD

    Von Antonia Weberbauer, vor mehr als 8 Jahren
  6. Gar nicht so schlecht, das Video !

    Von Pham Max, vor etwa 9 Jahren
  7. immer diese hübschen schlüsse xD

    Von D Me, vor mehr als 9 Jahren
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Spannung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Spannung kannst du es wiederholen und üben.

  • Sortiere die Eigenschaften von Reihen- und Parallelschaltung.

    Tipps

    Beim Verkleinern des Gesamtwiderstands werden die Kehrwerte $\dfrac{1}{R}$ der Widerstände addiert, wodurch der Gesamtwiderstand kleiner wird.

    Lösung

    Knotenregel und Maschenregel sind in der Elektrizitätslehre besonders wichtig.

    Einfach ausgedrückt besagt die Maschenregel, dass in Reihe geschaltete Widerstände sich addieren.

    (Verbraucher sind auch Widerstände)

    Sie betrifft also die Reihenschaltung.

    Die Knotenregel trifft auf Parallelschaltungen zu, denn am Anfang eines Parallelteils muss sich der Stromkreis aufteilen, also ein Knotenpunkt vergleichbar einer Kreuzung entstehen.

    Die Knotenregel besagt, dass die Ströme der einzelnen Abzweigungen gleich dem Gesamtstrom sind. Der Strom muss sich also an dem Knoten aufteilen.

  • Vergleiche einen Stromkreis mit einem Wasserkreislauf.

    Tipps

    Eine Pumpe treibt etwas an, ein Wasserrad wird angetrieben.

    Lösung

    Was ist Strom? Was ist ein Verbraucher? Was macht die Spannungsquelle? Wie sieht eine Schaltskizze aus? Diese Fragen solltest du vor dem Anfertigen von elektrischen Schaltskizzen geklärt haben.

    Die Spannungsquelle sorgt für einen Strom von - nach +. Dies gilt jedoch nur für die Gleichspannungsquelle aus Sicht des physikalischen Stroms. Die technische Flussrichtung verläuft andersherum.

    Der Verbraucher wie eine Lampe oder im Vergleich mit dem Wasserkreislauf das Wasserrad verbraucht die Energie des Flusses.

    Die Spannungsquelle wäre dann also die Pumpe, die überhaupt erst für einen Fluss sorgt.

  • Ermittle das Verhalten der Lampen.

    Tipps

    Ist der Schalter offen, kannst du den Weg völlig ignorieren. Dadurch kannst du vielleicht Reihen- oder Parallelschaltung besser erkennen.

    Der Strom nimmt immer den Weg des geringsten Widerstands.

    Lösung

    Was leuchtet wie und warum? Dazu brauchst du im Wesentlichen Knoten- und Maschenregel.

    Sind die Schalter offen, so liegt einfach eine Reihenschaltung von $L_1$ und $L_3$ vor. Beide leuchten also und ihre Widerstände addieren sich gemäß Maschenregel.

    Ist $S_1$ geschlossen, so teilt sich der Strom am Knoten hinter $L_1$ auf, wodurch $L_2$ und $L_3$ nur halben Strom bekommen, $L_1$ aber den vollen. Dadurch leuchten $L_2$ und $L_3$ weniger hell als $L_1$.

    Ist $S_2$ geschlossen, leuchtet in jedem Fall nur $L_1$, weil der Strom den Weg des geringsten Widerstandes nimmt. $L_2$ und $L_3$ werden dabei überbrückt.

  • Beschreibe, wie eine Spannungsquelle Strom erzeugt.

    Tipps

    Protonen sind positiv geladen.

    Elektronen sind negativ geladen.

    Neutronen sind nicht geladen.

    Lösung

    Wo kommt denn der Strom nun her? Was macht eine Spannungsquelle?

    Eine Spannungsquelle sorgt immer für einen Elektronenüberschuss am einen Pol (-) und einen Elektronenmangel am anderen Pol (+).

    Nun streben die Ladungsträger danach, sich wieder zu verbinden, wodurch die Elektronen zum Pluspol strömen.

    Stellt die Spannungsquelle neue Ladungsträger zur Verfügung, bleibt der Strom erhalten.

  • Erkläre die Parallelschaltung.

    Tipps

    Die Spannung ist im Wasserkreislauf so etwas wie die Wassermenge, die gepumpt wird, und der Strom der Druck, den das Wasser hat.

    Lösung

    Die Parallelschaltung ist äußerst wichtig. In diesem Beispiel wurden Verbraucher parallel geschaltet. Häufig werden aber auch Spannungsquellen wie Batterien parallel geschaltet, um den Strom zu erhöhen und die Spannung an allen Stellen konstant zu lassen.

    Das heißt, schaltet man mehrere Verbraucher oder Widerstände parallel, so ist die Spannung überall gleich, da - um zum Vergleich mit dem Wasserkreislauf zurück zu kommen - immer noch gleich viel Wasser zu den Verbrauchern gepumpt wird. Jedoch verbrauchen zwei Verbraucher mehr als einer, das heißt, die Stromstärke teilt sich auf bzw. der Wasserdruck wird schneller abgebaut.

  • Erkläre die Reihenschaltung.

    Tipps

    Bei einem Gesamtwert werden die Einzelwerte zusammengerechnet.

    Lösung

    Die Reihenschaltung ist die zweite wichtige Schaltungsart. Verbraucher werden dabei nebeneinander geschaltet. Sie teilen sich sozusagen eine Bahn im Stromkreis.

    Die Widerstände addieren sich hier und verringern gemäß $U=R\cdot I$ die Spannung.

    Der Strom wird dabei nicht geteilt und ist überall gleich der Ausgangsstromstärke.

    An der Spannungsquelle liegt die Gesamtspannung $U_{ges}$ an. Sie ist $=U_1+U_2$.

    Damit kann man z.B. Batterien in Reihe schalten, um die ausgegebene Spannung zu erhöhen. Denn manche Verbraucher benötigen eine gewisse Spannung (USB Geräte 5V, ein Laptop zwischen 12V-20V).