Elektrische Spannung
Spannung ist das, was elektrische Ladungen in Bewegung bringt. Es ist der "Schub", der die Ladungen in einem Draht oder einem anderen elektrischen Leiter in Bewegung setzt. Man kann sie sich als die Kraft vorstellen, die die Ladungen antreibt, aber sie ist keine Kraft. Spannung kann Ladungen in Bewegung bringen, und da die Bewegung von Ladungen ein Strom ist, kann Spannung einen Strom verursachen.
Elektrische Potentialdifferenz ist der wahre wissenschaftliche Begriff, wird aber allgemein als Spannung bezeichnet. Informell wird die Spannung oder elektrische Potentialdifferenz manchmal als "Potentialdifferenz" bezeichnet. Die Spannung wird unter bestimmten Umständen auch als elektromotorische Kraft (EMK) bezeichnet.
Spannung ist eine elektrische Potentialdifferenz, die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Orten. Die Einheit für die elektrische Potentialdifferenz, oder Spannung, ist das Volt. Das Volt ist in Erinnerung an Alessandro Volta benannt. Ein Volt entspricht einem Joule pro Coulomb. Das Symbol für die Einheit Volt wird mit einem Großbuchstaben V wie in (9V) geschrieben. Gemäss den Regeln des Internationalen Einheitensystems ist das Symbol für eine Einheit, deren Name vom Eigennamen einer Person abgeleitet ist, in Grossbuchstaben geschrieben.
Bitte beachten Sie, dass die Voltzahl und die Spannung zwei verschiedene Dinge sind. Das Volt ist eine Einheit, mit der wir etwas messen. Sowohl das elektrische Potential als auch die Spannung sind Dinge, die wir messen, und das Volt ist die Maßeinheit für beides. Das Symbol für die Einheit Volt wird mit einem V (9 Volt oder 9 V) geschrieben. Wenn Spannung in einer Formel verwendet wird, kann sie kursiv gesetzt werden, z.B. V = 9 V {\Anzeigeart V=9\,{\Text{V}}} 
oder in Kursivschrift geschrieben. Wenn nur ein einziges Buchstabensymbol zur Verfügung steht, kann ein kleines v verwendet werden, z.B. Spannung = Strom × Widerstand {\Anzeigeart {\Text{Spannung}}}={\Text{Strom}}\ mal {\Text{Widerstand}}}}
oder v = ir {\Anzeigeart {\Text{v}}={\Text{ir}}} 
. Elektrotechniker verwenden das Symbol e {\Anzeigestil e} 
für Spannung, z.B. e = i r {\Anzeigestil e=ir} 
um den Unterschied zwischen Spannung und Volt sehr deutlich zu machen.
Technisch gesehen ist die Spannung die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten und wird immer zwischen zwei Punkten gemessen, z.B. zwischen dem positiven und negativen Ende einer Batterie, zwischen einem Draht und der Erde oder zwischen einem Draht oder einem Punkt einer Schaltung und einem Punkt in einem anderen Teil der Schaltung. Im alltäglichen Gebrauch mit Haushaltsstrom in den USA beträgt die Spannung meistens 120V. Diese Spannung wird von der elektrischen Leitung zur Erde gemessen.
Beachten Sie, dass es sowohl Spannung als auch Strom geben muss, um Leistung (Energie) zu übertragen. Zum Beispiel kann auf einem Draht eine hohe Spannung anliegen, aber solange er nicht angeschlossen ist, passiert nichts. Vögel können auf Hochspannungsleitungen wie 12kV und 16kV landen, ohne zu sterben, weil der Strom nicht durch den Vogel fließt.
Es gibt zwei Arten von Spannung, Gleichspannung und Wechselspannung. Die Gleichspannung (Gleichstromspannung) hat immer die gleiche Polarität (positiv oder negativ), wie z.B. bei einer Batterie. Die Wechselspannung (Wechselstromspannung) wechselt zwischen positiv und negativ. Zum Beispiel wechselt die Spannung aus der Steckdose 60 Mal pro Sekunde (in Amerika) oder 50 Mal pro Sekunde (Großbritannien und Europa) die Polarität. Der Gleichstrom wird typischerweise für Elektronik und der Wechselstrom für Motoren verwendet.
Anschließen eines Hochspannungskabels
Definition
Spannung ist die Änderung des elektrischen Potentials zwischen zwei Orten
oder die Änderung der elektrischen Potentialenergie pro Coulomb zwischen zwei Orten.
V = Δ ( E P E / q ) = ( E P E / q ) 2 - ( E P E / q ) 1 {\Anzeigestil V=\Delta (EPE/q)=(EPE/q)_{2}-(EPE/q)_{1}}} 
wobei V=Spannung, EPE=elektrische Potentialenergie, q=Ladung, ∆=Differenz in.
Erdungsspannung
Die Spannung wird immer zwischen zwei Punkten gemessen, und einer davon wird oft als "Masse" oder Null-Volt (0V)-Punkt bezeichnet. In den meisten elektrischen Wechselstrominstallationen besteht eine Verbindung zur Erde. Eine Verbindung zur realen Erde wird durch ein Wasserrohr, einen in die Erde eingegrabenen oder in die Erde getriebenen Erdstab oder einen bequemen metallischen Leiter (kein Gasrohr), der unter der Erde verlegt ist, hergestellt. Diese Verbindung wird am Eintrittspunkt des elektrischen Systems in ein Gebäude, an jedem Pol, an dem sich ein Transformator an der Straße befindet (oft an einem Strommast), und an anderen Stellen im System hergestellt. Der gesamte Planet Erde wird als Referenzpunkt für die Spannungsmessung verwendet. In einem Gebäude wird diese Erde auf zwei Drähten zu jedem elektrischen Gerät geführt. Der eine ist der "Erdungsleiter" (der grüne oder blanke Draht) und wird als Sicherheitserde verwendet, um Metallteile von Geräten mit der Erde zu verbinden. Der andere wird als einer der elektrischen Leiter in den Stromkreisen des Systems verwendet und wird als "Neutralleiter" bezeichnet. Dieser Draht, der auf Erdpotential liegt, vervollständigt alle Stromkreise, indem er den Strom von allen elektrischen Geräten zurück zum Systemeintrittspunkt in die Gebäude und dann zum Transformator, der sich normalerweise an der Straße befindet, führt. An vielen Orten außerhalb der Gebäude wird es unnötig, einen Draht zu haben, der die Stromkreise schließt und den Strom von den Gebäuden zu den Generatoren leitet. Der Rückpfad, der den gesamten Strom zurückführt, ist die Erde selbst.
In Gleichstromkreisen wird das negative Ende eines Generators oder einer Batterie oft als "Erde" oder Null-Volt (0V)-Punkt
bezeichnet, obwohl es eine Verbindung zur Erde geben kann oder auch nicht. Es kann mehrere Erdungen auf derselben Leiterplatte (PCB) geben, z.B. bei empfindlichen analogen Schaltungen, wobei dieser Teil der Schaltung eine "analoge Erde" verwenden kann und der digitale Teil eine "digitale Erde" hat.
Bei elektrischen Geräten kann der 0-Volt-Punkt das Metallgehäuse sein, das als Gehäusemasse bezeichnet wird, oder eine Verbindung zur eigentlichen Masse, die als Erdung bezeichnet wird, jeweils mit einem eigenen Symbol, das in elektrischen Schemazeichnungen (Schaltungszeichnungen)
verwendet wird.
Messwerkzeuge
Einige der Werkzeuge zur Messung der Spannung sind das Voltmeter und das Oszilloskop.
Das Voltmeter misst die Spannung zwischen zwei Punkten und kann auf den DC-Modus oder den AC-Modus eingestellt werden. Das Voltmeter kann z.B. die Gleichspannung einer Batterie (typischerweise 1,5V oder 9V) oder die Wechselspannung aus der Steckdose an der Wand (typischerweise 120V) messen.
Bei komplexeren Signalen kann ein Oszilloskop verwendet werden, um die Gleich- und/oder Wechselspannung zu messen, z.B. um die Spannung über einem Lautsprecher zu messen.
Potentialdifferenz
Die Spannung oder Potentialdifferenz von Punkt a zu Punkt b ist die Energiemenge in Joule (als Ergebnis eines elektrischen Feldes), die benötigt wird, um 1 Coulomb positiver Ladung von Punkt a zu Punkt b zu bewegen. Eine negative Spannung zwischen den Punkten a und b ist eine Spannung, bei der 1 Coulomb Energie benötigt wird, um eine negative Ladung von Punkt a zu b zu bewegen. Die Potentialdifferenz/Spannung zwischen zwei Punkten ist unabhängig von dem Weg, der genommen wird, um von Punkt a nach b zu gelangen. Daher wird die Spannung von a nach b + die Spannung von b nach c immer gleich der Spannung von a nach c sein.
Fragen und Antworten
F: Was ist Spannung?
A: Spannung ist eine elektrische Potentialdifferenz, also der Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Orten. Man kann sie sich als die Kraft vorstellen, die die Ladungen in einem Draht oder einem anderen elektrischen Leiter in Bewegung setzt.
Q: In welcher Einheit wird die Spannung gemessen?
A: Die Einheit für die Messung der Spannung ist das Volt. Das Symbol für diese Einheit wird mit einem groß geschriebenen V (9V) dargestellt.
Q: Wie wird durch Spannung Strom erzeugt?
A: Spannung kann dazu führen, dass sich Ladungen bewegen, und da bewegte Ladungen einen Strom erzeugen, kann Spannung einen Strom verursachen.
F: Wer war Alessandro Volta und warum wurde das Volt nach ihm benannt?
A: Alessandro Volta war ein italienischer Physiker, der im Jahr 1800 die erste Batterie erfand. Das Volt wurde nach ihm benannt, um seinen Beitrag zur Wissenschaft zu würdigen.
F: Sind Volt und Spannung zwei verschiedene Dinge?
A: Ja, Volt sind Einheiten, mit denen wir etwas messen, während sich Spannung auf das bezieht, was wir mit diesen Einheiten messen.
F: Was sind die zwei Arten von Spannung?
A: Es gibt zwei Arten von Spannung - DC (Gleichstrom) und AC (Wechselstrom). Gleichstrom hat immer die gleiche Polarität, während Wechselstrom zwischen positiver und negativer Polarität wechselt.
F: Können Vögel auf Hochspannungsleitungen landen, ohne Schaden zu nehmen?
A:Ja, Vögel können auf Hochspannungsleitungen wie 12kV und 16kV landen, ohne zu sterben, denn es müssen sowohl Spannung als auch Strom vorhanden sein, damit die Leistung (Energie) übertragen werden kann - wenn nur ein Element vorhanden ist, passiert nichts.
