Elektrische Spannung als Ursache für elektrischen Strom
Die elektrische Spannung ist eine weitere wichtige Größe der Elektrizitätslehre. Um zu verstehen, was man unter elektrischer Spannung versteht, stellen wir uns zunächst die Fragen:
- Wie bringt man Ladungen dazu, sich in eine Richtung zu bewegen?
- Was ist die Ursache für einen elektrischen Strom?
Wir haben bereits festgestellt, dass zwischen elektrischen Ladungen Kräfte wirken:
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, verschiedennamige Ladungen ziehen sich an.
Damit sich Elektronen in einem Leiter in Bewegung setzen und in eine bestimmte Richtung fließen, muss es eine Kraft geben, die auf die Elektronen in diese Richtung wirkt.
Elektronen sind negativ geladen und werden zu einem Ort angezogen, an dem Elektronenmangel herrscht, der also positiv geladen ist. Wir nennen ihn Pluspol.
Abgestoßen werden sie von einem Ort mit Elektronenüberschuss, der also negativ geladen ist – ein Minuspol.
Die Kraft, die zwischen Pluspol und Minuspol auf die Elektronen wirkt, ist die Ursache dafür, dass diese sich bewegen, also dass ein Strom fließt.
!!! Achtung !!!: Immer wieder hört man den Begriff “Stromspannung”. Dieser ist allerdings falsch!
Es gibt nur die Stromstärke I oder die Spannung U!
Durch Ladungstrennung entsteht eine Spannung
Stellen wir uns zwei Metallkugeln vor, die sich in einem gewissen Abstand voneinander befinden. Eine der Kugeln sei positiv geladen, die andere negativ:
Zwischen den geladenen Kugeln besteht eine elektrische Spannung
Die Elektronen in der negativ geladenen Kugel werden von der positiv geladenen Kugel angezogen. Auf sie wirkt eine Kraft, die sie in Richtung der positiv geladenen Kugel zieht. Solange aber zwischen den Kugeln kein Leiter vorhanden ist, können die Elektronen nicht zur positiv geladenen Kugel gelangen. Zwischen den Kugeln herrscht eine Spannung – die Elektronen haben das Bestreben, das Ladungsungleichgewicht auszugleichen, sie können es aber nicht.
Analogie:
Wenn Du das Bestreben hast, unbedingt irgendwo hinzugelangen, aber jemand hält Dich fest, so erzeugt das eine Spannung in Dir. Wenn Du losgelassen wirst, rennst Du dorthin, wo Du Dich hingezogen fühlst. Dadurch läasst die Spannung in Dir nach.
Ein anderes Beispiel für eine Spannung ist eine gespannte Schraubenfeder: Wenn Du eine Schraubenfeder auseinanderziehst, entfernst Du die beiden Enden voneinander. Die Feder wird gespannt – es wirkt eine Kraft, die die beiden Enden der Feder wieder näher zusammenbringen möchte. Hältst Du dagegen, bleibt die Spannung bestehen, Lässt Du ein Ende los, entspannt sich die Feder – die Feder verkürzt sich wieder, und das losgelassene Ende bewegt sich auf das andere zu.
Ähnlich ergeht es den Elektronen:
Wenn wir eine leitende Verbindung zwischen den beiden Kugeln herstellen, z.B. indem wir sie mit einem Kabel verbinden, dann können die Elektronen zur positiv geladenen Kugel fließen, bis die Ladungen ausgeglichen sind. Elektronen fließen immer vom Elektronenüberschuss (Minuspol) zum Elektronenmangel (Pluspol).
Es fließen Elektronen, bis der Ladungsausgleich erfolgt ist.
Das führt innerhalb sehr kurzer Zeit zu einem Ladungsausgleich: Elektronen fließen durch das Kabel zur positiv geladenen Kugel, bis die Ladungsverteilung ausgeglichen ist – durch das Kabel fließt ein Strom.
Nach diesem Ladungsausgleich gibt es kein Ladungsungleichgewicht und damit keine Spannung mehr. Der Stromfluss kommt zu Erliegen.
Man kann also sagen:
Ohne Spannung kein Strom. Eine Spannung ist die Ursache für einen Strom.
Um einen Strom dauerhaft fließen zu lassen, muss immer wieder ein Ladungsungleichgewicht erzeugt werden, indem ständig Ladungen verschoben werden. Genau das macht eine Spannungsquelle, wie eine Batterie oder ein Netzgerät.
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