Die elektrische Spannung

In jeder Spannungsquelle werden elektrische Ladungen getrennt. Um Ladungen trennen zu können, muss Arbeit verrichtet werden. Die Spannung U ist definiert als Arbeit W pro Ladung Q.

Definition: Spannung=Arbeit/Ladung  Formel: U=W/Q  Einheit: [U]=Nm/As = Ws/As = VAs/As = V (Volt)

Spannungsquellen

Batterie
Wenn man zwei unterschiedlichen Metallstäbe (Elektroden) in eine elektrisch leitende Flüssigkeit taucht, entsteht zwischen diesen beiden Metallen eine Spannung U.

Generator
Wenn sich eine Leiterschleife in einem Magnetfeld dreht, wird in dieser Leiterschleife eine Spannung erzeugt (induziert). Die Höhe der Spannung U ist von der Drehzahl n, der Fläche A der Leiterschleife und der Stärke B des magnetischen Feldes abhängig.

Simulation eines Generators

U_i = B⋅A⋅π⋅n⋅z

Beispielrechnung
gegeben: Drehzahl n = 50 1/s, magnetische Feldstärke B = 1,0 Vs/m², Fläche der Leiterschleife A = 1 m²

gesucht: induzierte Spannung U_i

U_i = B⋅A⋅π⋅n⋅z = 1,0 Vs/m²⋅1 m²⋅3,14⋅50 1/s⋅2 = 314 V

Spannungsquelle bei Belastung

Jede Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand.

Belastungskennlinie

Wenn die Spannungsquelle belastste wird, dann fällt an dem Innenwiderstand eine Spannung ab. Die Klemmenspannung wird kleiner.

Aufgaben

1. Nennen Sie einige Beispiele für Spannungsquellen.
2. Beschreiben Sie den Aufbau von zwei Spannungsquellen.
3. Warum haben Spannungsquellen einen Innenwiderstand.
4. Wie wird eine elektrische Spannung grundsätzlich erzeugt.
5. Wie wird die elektrische Spannung definiert?
6. Was versteht man unter elektrochemische Spannungsreihe?
7. Ein Kohlestab und ein Zinkstab werden in Salzwasser getaucht. Wie groß ist die Spannung zwischen den beiden Stäben?
8. In einer Spannungsquelle wird mit einer Arbeit von 120 Ws (2 Ws) eine Ladungsmenge von 80 As (1,2⋅10^-4 As) getrennt. Wie groß ist die Spannung?
9. Wie werden Spannungen gemessen?
10. Wie groß ist der Innenwiderstand von Spannungsmessern?
11. Ein Spannungsmesser wird irrtümlich in Reihe zum Verbraucher geschaltet. Welche Auswirkung hat das?

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