Elektrische Spannung
| Physikalische Größe | |
| Name | Elektrische Spannung |
| Formelzeichen | U |
| Einheit | Volt (V) |
| Einheitensystem | Abgeleitete SI-Einheit |
Unter dem Begriff elektrische Spannung versteht man das Ausgleichsstreben getrennter elektrischer Ladungen. Findet ein Ladungsausgleich statt, dann fließt ein elekrischer Strom. Die Spannung hat das Formelzeichen U und die Einheit Volt. Die Spannung ist eine Abgeleitete SI-Einheit.
Spannungsarten
Spannungserzeugung
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 Induktion
|
Wird ein Dauermagent in einer Drahtspule Hin- und Herbewegt, entsteht in der Spule eine Spannung, die sich zeitlich ändert (Wechselspannung). Bei diesem Vorgan spricht man von Induktion. Diese Art der Spannungserzeugung wird bei Generatoren, Lichtmaschinen, Fahraddynamos, ... verwendet. |
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, ... |