Gleichspannung

Physikalische Größe
Name	Gleichspannung
Formelzeichen	U
Einheit	Volt (V)
Einheitensystem	Abgeleitete SI-Einheit

Eine Gleichspannung ist eine Elektrische Spannung, die sich zeitlich nicht ändert.

Zeitverlauf

Merksatz

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Die Gleichspannung hat zu jedem Zeitpunkt das gleiche Vorzeichen und den gleichen Betrag.

Berechnung

Ohmsches Gesetz:

$U=I\cdot R\;$

Elektrische Leistung für Gleichspannung:

$U={\cfrac {P}{I}}\;$

$U={\sqrt {P\cdot R}}\;$

Elektrische Arbeit für Gleichspannung:

$U={\cfrac {W}{I\cdot t}}\;$

Spannungserzeugung

Die von herkömmlichen elektrischen Generatoren aufgrund einer mechanischen Bewegung erzeugte Elektrische Spannung ist hingegen ohne Gleichrichtung eine Wechselspannung.

Spannungserzeugung durch Reibung

Wird zum Beispiel ein Hartgummistab an einem Wolltuch gerieben, treten negative Elektronen aus dem Wolltuch in den Stab über. So ist im Hartgummistab ein Elektronenüberschuss vorhanden, was einer negativen Ladung entspricht. Bei geriebenen Stäben gleichen Materials tritt eine abstoßende Wirkung und bei Stäben unterschielichen Materials eine anziehende Wirkung ein (siehe Bild). Solche Spannungen werden als "statische Aufladung" bezeichnet und treten auch bei anderen Isolierstoffen auf. Die statische Ladung ist in den meisten Fällen unerwünscht und wird technisch kaum genutzt.

Spannungserzeugung durch chemische Vorgänge

Werden zwei verschiedene Metallplatten (z.B. Kupfer und Zink) in eine leitende Flüssigkeit getaucht (z.B. verdünnte Schwefelsäure), dann ist zwischen den Metallplatten eine Spannung messbar. Die leitende Flüssigkeit wird bei diesem Verfahren als Elektrolyt bezeichnet. Die Metallplatten gehen mit dem Elektolyt eine chemische Verbindung ein und es werden Ionen gelöst. Durch diesen Vorgang entsteht zwischen den Metallplatten eine elektrische Ladung. Diese Spannungserzeuger werden als "galvanische Elemente" bezeichnet und finden in Battarien Verwendung.

Spannungserzeugung durch Wärme

Werden zwei verschiedene Metalle an einem Ende miteinander verbunden (z.B. Kupfer und Konstantan), ensteht bei Erwärmung der Kontaktstelle eine geringe Spannung. Die Spannung nimmt mit steigender Temperatur zu. Diese Art der Spannungserzeuger werden als Thermoelemente bezeichnet und werden in Temperaturfühlern zur Temperatumessung eingesetzt.

Spannungserzeugung durch Licht

Wird ein Halbleiterwerkstoff (z.B. Selen), belichtet, erfolgt im Inneren des Stoffes eine Ladungstrennung. Die dabei erzeugte Spannung ist gering (mV-Bereich) und steigt bei größer werdender Einstrahlung (Lichtstrom) an. Spannungserzeuger, die Spannung auf diese Art erzeugen, werden als Fotoelemente bezeichnet. Verwendung finden Fotoelemente als Belichtungsmesser, lichtabhängige Steuerungselemente, Energiezellen, ...

Spannungserzeugung durch Druck

Wird ein Kristall (z.B. Quarz) an zwei gegenüberliegenden Seiten durch Druck oder Zug verformt, findet im Kristall eine Ladungstrennung statt. Diese Art der Spannungserzeugung wird als Piezo-Elektrizität bezeichnet. Piezoelektrische Spannungserzeuger werden als Mikrofone, Tonabnehmer, zur Erzeugung von Schwingungen, zur Druckmessung, zur Erzeugung von Bewegungen, ... verwendet. Siehe auch Piezoaktoren.

Spannungserzeugung durch Hall-Effekt

Wird ein stromdurchflossener Leiter in einem fremden Magnetfeld so angeordnet, dass die Feldlinien senkrecht zur Stromrichtung verlaufen, wird auf die Elektronen im Werkstoff eine Kraft ausgeübt, was eine Ladungstrennung zur Folge hat. Die auf diese Weise erzeugte Spannung wird als Hall-Spannung bezeichnet. Der Name des Effektes "Hall-Effekt" stammt von seinem Entdecker Hall. Verwendet wird der Hall-Generator zur Messung von Magnetfeldern, indirekte Strommessung, ...