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Elektrische Spannung

Die Elektrische Spannung ist eine physikalische Groesse, die angibt, wieviel Arbeit noetig ist bzw. frei wird, wenn ein Objekt mit einer bestimmten Ladung entlang eines elektrischen Feldes bewegt wird. Das Formelzeichen der Spannung ist U (im internationalen Sprachraum auch E (Verwechslungsgefahr mit Feldstaerke) oder V), die Einheit ist das Volt (nach Alessandro Volta).

Allgemeines

Wenn ein Elektrisches Feld wirbelfrei ist , laesst es sich durch ein Potenzialfeld darstellen. Die zwischen zwei Orten an einer Ladung verrichtete Arbeit ist dann und nur dann wegunabhaengig. Hieraus folgt, dass die elektrische Spannung zwischen diesen Orten eindeutig als die Differenz der jeweiligen Potenziale definiert ist. Deshalb wird die elektrische Spannung haeufig auch Potentialdifferenz genannt.

Eine positive Spannung zeigt somit immer vom Ort hoeheren Potentials zum Ort niedrigeren Potentials. Positive Ladungstraeger bewegen sich also in Richtung der (positiven) Spannung, waehrend negativ geladene Objekte sich einer positiven Spannung entgegen bewegen.

Um die Spannung zu messen, verwendet man ein Voltmeter, und um einen zeitlichen Spannungsverlauf aufzuzeichnen, benutzt man ein Oszilloskop.

Der Begriff der elektrischen Spannung ist direkt mit dem des elektrischen Stroms verknuepft: Wenn zwischen zwei Punkten eine elektrische Spannung herrscht, dann existiert stets auch ein elektrisches Feld, das eine Kraft auf Ladungstraeger bewirkt. Sind die Ladungstraeger frei beweglich, wie z. B. in einem elektrischen Leiter, so bewirkt eine Spannung, dass die Ladungstraeger in Bewegung gesetzt werden und ein elektrischer Strom beginnt zu fliessen.

Auf "natuerliche" Weise entsteht elektrische Spannung bei den Vorgaengen der Reibungselektrizitaet, bei Gewittern und bei Redoxreaktionen. Zur technischen Nutzung werden Spannungen meist durch elektromagnetische Induktion (Elektrotechnik) sowie durch Elektrochemie erzeugt.

Formeln

Bezeichnungen

Spannungen kleiner als 42 Volt nennt man Kleinspannung, 42 Volt bis 1000 Volt Niederspannung, und groesser als 1000 Volt Hochspannung.

In der Energiewirtschaft werden Spannungen ueber 1000 Volt (= 1 Kilovolt) unterteilt in

• Mittelspannung: 1 kV. . .50 kV
• Hochspannung: 50 kV. . .200 kV
• Hoechstspannung: > 200 kV

uebliche Spannungen

Zahlreiche Spannungsgroessen sind weit verbreitet und genormt, dazu gehoeren: Tabelle

Andere Spannungsgroessen werden nur in ihrem eigenen Netz verwendet und sind nicht normativ festgelegt, beispielsweise:

500 ... 800VOberleitungen von Strassenbahnen
800 ... 3000VOberleitungen von gleichstrombetriebenen Vollbahnen
10 ... 30kVFernleitungen im Mittelspannungsnetz
100 ... 1000kVHochspannungs-Gleichstrom-uebertragungs-Anlagen