Was ist elektrische Spannung?

Elektrische Spannung

Den Begriff Spannung hast du sicher schon einmal im Zusammenhang mit elektrischen Geräten gehört. Zum Beispiel steht auf jedem Smartphone, mit welcher Spannung es geladen werden muss. Aber was ist elektrische Spannung eigentlich?

Elektrische Spannung – einfach erklärt

Die elektrische Spannung ist eine Grundgröße in der Elektrodynamik, die zum Beispiel in elektrischen Schaltungen eine Rolle spielt. Sie hat das Formelzeichen $U$. Die elektrische Spannung wird in der Einheit Volt ($\text{V}$) angegeben. Wir betrachten zur Veranschaulichung einen einfachen Stromkreis, in dem ein Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist:

Man kann die elektrische Spannung mit einem Voltmeter messen, das parallel zum Widerstand geschaltet ist. Es gibt zwei unterschiedliche Schaltzeichen für Spannungsmessgeräte, die beide in der Abbildung gezeigt sind. Das Amperemeter misst die Stärke des elektrischen Stroms. Erhöht man die Spannung bei gleichbleibendem Widerstand, steigt auch die Stromstärke $I$ an:

$U \nearrow ~ ~ \Longrightarrow ~ ~ I \nearrow$

Die Spannung muss also die Ursache für den elektrischen Strom sein. Aber wie können wir uns das bildlich vorstellen?

Hydraulische Analogie

Eine einfache Analogie, die die Spannung verdeutlicht, ist die hydraulische Analogie. Wir stellen uns dazu eine Wasserpumpe vor, die Wasser in ein Becken pumpt, das sich in der Höhe $h$ befindet. An das Becken ist ein Rohr angeschlossen, durch das das Wasser wieder nach unten strömen kann. Dabei hat es umso mehr Wucht, je höher das Becken gelegen ist. Am unteren Ende des Rohrs befindet sich eine Turbine. Diese wird durch das nach unten strömende Wasser angetrieben.

In diesem Analogon ist die Pumpe die Spannungsquelle und die Höhe $h$ die Spannung. Je stärker die Pumpe ist, umso höher kann das Wasser gepumpt werden. Analog dazu kann eine stärkere Spannungsquelle eine höhere Spannung liefern. Die Rohre sind wiederum die elektrischen Leitungen und die Turbine der Verbraucher oder Widerstand. Strömt das Wasser aus größerer Höhe nach unten, kann es die Turbine mit mehr Wucht betreiben – genau wie eine stärkere Spannungsquelle einen elektrischen Verbraucher mit größerer Leistung betreiben kann. Dieses Analogon ist natürlich nicht eins zu eins übertragbar, veranschaulicht das zugrunde liegende Prinzip aber sehr gut.

Elektrische Spannung – Zusammenfassung

In diesem Video erhältst du einen ersten Einblick darüber, was die elektrische Spannung in der Physik ist. Wenn du mehr über dieses Thema lernen möchtest, solltest du dir die Videos zum elektrischen Potenzial und zu elektrischen Spannungsquellen anschauen.