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Elektrotechnik - Elektrische Spannung

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Elektrotechnik

Elektrische Spannung

Eine elektrische Spannung liegt immer dann vor, wenn eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten existiert. In der Elektrotechnik wird die Spannung durch das Formelzeichen $ U $ ausgedrückt und die Einheit, in der die elektrische Spannung gemessen wird, ist verständlicherweise wie beim Potential das Volt $ V$. 

Gleichung der elektrischen Spannung

Die elektrische Spannung ergibt sich, wie bereits beschrieben, aus einer Potentialdifferenz und hat die Form:

Methode

Elektrische Spannung: $\ U_{12} = \varphi(P_1) - \varphi(P_2) $ [in Volt] 

Zahlenbeispiel

Beispiel

Gegeben seien die Punkte $ P_x $ und $ P_y $ mit den jeweiligen elektrischen Potentialen $ \varphi(P_x) = -100 V $ und $\varphi(P_y) = + 130 V $. Daraus ergibt sich eine Potentialdifferenz von 230 V, die gleichzeitig der Spannung von 230 V entspricht! 

Wie in der allgemeinen Gleichung bereits beschrieben wurde, erhält die Spannung einen Doppelindex. In unserem Fall die Zahlen 1 und 2 für die Punkte 1 und 2. Diese Indizierung ist notwendig, um zu wissen welches Potential vom anderen abgezogen werden muss, um die Spannung zu berechnen.

Merke

Neben Zahlen können für den Doppelindex auch wahlweise Buchstaben verwendet werden. 

Wenn beispielsweise in einer Aufgabe nach der Spannung $ U_{DE} $ gefragt ist, so muss das Potential des Punktes $ P_E $ vom Potential des Punktes $ P_D $ abgezogen werden.

Ist nach der Spannung $ U_{ED}$ gefragt, so wird das Potential des Punktes $ P_D$ vom Potential des Punktes $ P_E $ abgezogen. 

Merke

Seien Sie bitte auch hier in ihrer späteren Klausur aufmerksam, denn in der Aufstellung der Spannungsgleichung entscheidet sich, ob das Vorzeichen im Endergebnis positiv oder negativ wird. $\rightarrow $ Gefahr eines Punktabzugs.

Das elektrische Potential, welches subtrahiert wird, ist das Bezugspotential.

Elektrische Spannung in einer Batterie
Elektrische Spannung in einer Batterie

In der Abbildung wurde die elektrische Spannung zwischen dem Plus- und Minuspol einer herkömmlichen Alkali-Batterie bestimmt. Hierbei wurde der Minuspol als Bezugspunkt gewählt, damit die Spannung einen positiven Wert annimmt. Häufig wird anstelle des Begriffs elektrische Spannung der kürzere Begriff Nennspannung verwendet. Die Nennspannung beschreibt die auftretende Spannung im Normalbetrieb. 

Merke

In einem späteren Kurstext gehen wir intensiv auf Spannungsquellen ein. An dieser Stelle soll in Bezug auf die oben dargestellte Batterie kurz erwähnt werden, dass es sich bei Batterien um elektrochemische Spannungsquellen handelt und dass Generatoren als elektromechanische Spannungsquellen bezeichnet werden.