Physik 8 · Elektrizitätslehre

Was ist Spannung?

Eine Lampe leuchtet, weil sie Energie bekommt. Die Energie bringen die Ladungen mit: Die Quelle gibt jeder Ladung Energie mit, und in der Lampe gibt die Ladung sie wieder ab. Die Spannung U sagt, wie viel Energie das je Ladung ist. Jeder Punkt im Bild steht für die Ladung 1 C (ein Coulomb). Seine orange Füllung zeigt, wie viel Energie er gerade trägt.

So gehst du vor

1Sieh einem Punkt zu, am besten dem rot umrandeten: Wo bekommt er Energie, wo gibt er sie ab?
2Stelle die Quelle, die Zahl der Lampen und ihre Widerstände ein. Beobachte die Treppe unter dem Stromkreis.
3Wähle eine Messstelle. Die Zähler zeigen, wie viel Ladung dort durchgegangen ist und wie viel Energie dabei übertragen wurde.
4Übernimm Q und E mehrmals in die Tabelle und berechne die Energie je Ladung.
5Prüfe erst dann mit dem Spannungsmesser.

Ladung

0 C

Energie

0,0 J

Gezeigt sind die Elektronen: Sie verlassen die Quelle am Minuspol, wandern durch die Lampen zum Pluspol und werden in der Quelle wieder zum Minuspol gebracht. Dafür gibt ihnen die Quelle Energie. Die technische Stromrichtung (rot) zeigt andersherum, an der Energiebilanz ändert das nichts. Das Tempo im Bild ist nicht maßstäblich.

Spannung der Quelle U₀

9,0 V

Zahl der Lampen

Widerstand von Lampe 1

Widerstand von Lampe 2

Der Widerstand sagt hier nur: Eine Lampe mit großem Widerstand nimmt jeder Ladung mehr Energie ab als die anderen in der Reihe.

Messstelle

Wie hängt die Energie E von der Ladung Q ab?

Bleib für eine Messreihe an derselben Messstelle. Die Zähler laufen weiter, übernimm also einfach mehrmals. Wenn du etwas umstellst, beginnen sie wieder bei null. Der Energiezähler streut etwas.

Nr.	Ladung Q in C	Energie E in J

Die Definition

U = EQSpannung = EnergieLadung

Die Einheit ist 1 V (ein Volt): 1 V = 1 J1 C. Eine Spannung von 1 V heißt also: Jedes Coulomb bekommt oder verliert zwischen diesen beiden Stellen 1 J Energie. Eine Quelle mit 9 V gibt jedem Coulomb 9 J mit.

Spannung gibt es deshalb immer zwischen zwei Stellen, zum Beispiel an den beiden Anschlüssen einer Lampe. Sie wandert nicht durch die Leitung; es wandert die Ladung. Die Ladung kommt vollständig zurück, nur ihre Energie bleibt unterwegs.

Aufträge

Stelle 9 V und eine Lampe ein. Wie viel Energie trägt ein Punkt zwischen Quelle und Lampe, wie viel zwischen Lampe und Quelle? Was passiert mit der Energie in der Lampe?
Nimm zwei gleiche Lampen. Wie viel Energie gibt ein Punkt an jede ab? Warum leuchten sie schwächer als eine Lampe allein?
Gib Lampe 1 einen kleinen und Lampe 2 einen großen Widerstand. Welche Lampe bekommt mehr Energie je Ladung? Addiere die Stufen der Treppe nach unten. Was kommt heraus?
Miss an Lampe 1 und an der Quelle Q und E. Bestimme aus dem Diagramm die Spannung und prüfe mit dem Spannungsmesser.
Wähle die Leitung als Messstelle. Was zeigen die Zähler? Warum ist die Spannung zwischen zwei Stellen derselben Leitung null?
Zeige den Spannungsmesser und öffne den Schalter. Was zeigt er an der Quelle, was an einer Lampe? Erkläre: Warum kann eine Spannung da sein, obwohl nichts wandert?
Eine Autobatterie hat 12 V. Durch den Anlasser gehen 300 C. Wie viel Energie gibt die Batterie ab?
Wähle Quelle X und bestimme ihre Spannung. Löse erst danach auf.