Ing: GdE: Die elektrische Spannung

Die elektrische Spannung ist die Kraft, die in einem Stromkreis den Strom zum Fließen bringt.
In einem elektrischen Stromkreis gibt es Spannungsunterschiede.

Wenn wir den Stromkreis mit einer Druckluftanlage vergleichen, dann entspricht

• elektrische Spannung - Druck
• Stromstärke - Durchflussmenge in kg/sekunde
• Widerstand - Widerstand der Rohrleitung. (Desto dünner die Rohrleitung, desto mehr Druck braucht man um Luft hindurchzupressen.
• Potentialdifferenz - Der Druckunterschied zwischen zwei Orten einer Druckluftanlage.
• Potential - Der Druck an einem Ort in der Druckluftanlage, bezogen auf die Umgebungsluft.

Die Spannung wird in Volt(V), zu Ehren von Alessandro Volta angegeben.

Ein Volt ist die Spannung, die ein frisch angesetztes Zink - Kupfer - Element hat.

Die Einheit Volt ist eine zusammengesetzte SI- Einheit. $[U]=J/C=Ws/As$ Das Formelzeichen für die elektrische Spannung ist U.

Hier einige Formeln für die Berechnung der elektrischen Spannung:

$U=R\cdot I$

$U={P \over I}$

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

Die elektrische Spannung ist der Quotient aus der zur Verschiebung der Ladung $Q\,$ erforderlichen Arbeit $W_{\mathrm {AB} }\,$ und dieser Ladung.

aus den Zusammenhängen:

$\mathrm {d} W={\vec {F}}\cdot \mathrm {d} {\vec {s}}$ und ${\vec {F}}={\vec {E}}\cdot Q\,$

ergibt sich für die Spannung:

$u_{\mathrm {AB} }={\frac {W_{\mathrm {AB} }}{Q}}=\int _{A}^{B}{\vec {E}}\cdot \mathrm {d} {\vec {s}}_{\mathrm {AB} }\,$

Messen einer Spannung

Eine Spannung wird mit einem Vielfachinstrument im Bereich "V" gemessen. "V=" ist für Gleichspannungsmessung, z.B. in Kraftfahrzeugen, Taschenlampen. "V~" ist für Wechselspannungsmessungen, z.B. in der Hausstromversorgung.

Achtung: Experimentiere nicht mit der Hausstromversorgung. Das Berühren kann lebengefährlich sein!

Beim Messen von Gleichspannungen ist die Buchse (COM) mit dem Bezugspunkt zu verbinden. Der Bezugspunkt ist oft das Gehäuse, bei Kraftfahrzeugen die Karosserie. Die Buchse V ist mit dem Messpunkt zu verbinden. Das Vorzeichen ist beim Ablesen des Wertes zu beachten.

Außer Vielfachinstrumenten gibt es noch Einzweckinstumente, die nur Spannungen messen können. Diese heißen Voltmeter.

Eine Spannung wird immer zwischen+ zwei unisolierten Punkten einer elektrischen Schaltung gemessen. Der Strom, der durch das Messgerät fließt darf fast immer vernachlässigt werden.

Das Rechnen mit Spannungen.

Das Rechnen mit Spannungen geht wie das Rechnen mit Höhenunterschiedsangaben im Gebirge: Garmisch liegt im Tal, Hintertupfing 1,5 Meter höher, Kleinauheim 4,5 Meter höher als Garmisch. Dann liegt Kleinauheim 3 Meter höher als Hintertupfing.

Spannungen sind negativ, wenn die gefundene Spannungsdifferenz anders ist, als der Richtungspfeil anzeigt.

Aufgaben: 1. Berechne die Spannung Uik, So als sei ein Voltmeter angeschlossen mit der Buchse (COM) an Punkt K und (V) an Punkt I.

2. Berechne Ujg, Ukh und Uhk

Lösungen

Die Maschenregel

Regel: Entlang eines Weges durch einen elektrischen Stromkreis ist die Summe der Spannungen = 0.

An der grün eingezeichneten Masche sehen wir, beim Durchlauf gegen den Uhrzeigersinn, nacheinander folgende Spannungen:
Uhg + Uih + Uki + Ugk = 0 V
1,5 V + 1,2 V + Uki + (-4,5 V) = 0 V

Hinweis: Große Netzwerke lassen sich dann mittels der Matrizenberechnung berechnen. Jede Spannung kommt dann in eine Spalte, jede Masche ergibt eine Zeile. Der Koeffizient ist +1, 0 oder -1, je nachdem ob der zur Spannung gehörende Richtungspfeil gleichsinnig, gar nicht oder gegensinnig durchlaufen wird.

Siehe auch Wikipedia w:Kirchhoffsche_Regeln

 

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