Rückblick
Um die Verhältnisse in einem Stromkreis zu charakterisieren, kennst du bisher die Größe "elektrische Stromstärke". Verwendet man stets die gleiche elektrische Quelle, so hängt die Stromstärke in dem aus einem Strommesser und einer Drahtspule bestehenden Testkreis davon ab, wie viel Draht in dem Kreis verwendet wird. Betrachte dazu die Animation in Abb. 1.
Verwendet man dagegen stets den gleichen Teststromkreis mit der gleichen Drahtmenge und schließt diesen an verschiedene elektrischen Quellen an, so wird man i.a. feststellen, dass die Stromstärke im Kreis davon abhängig ist, wie "stark" die Quelle ist. Betrachte dazu die Animation in Abb. 2.
Zur Charakterisierung der "Stärke" der Quelle führt man die Größe "elektrische Spannung" mit dem Formelbuchstaben
Durch Vergleich mit einem geeigneten Wassermodell des Stromkreises kann man sich die Bedeutung der Spannung besser klarmachen:
Die Pumpe fördert Wasser vom unteren in das obere Becken. Je größer der Höhenunterschied Dh ist, desto größer ist der Wasserstrom. Übersetzt auf den Stromkreis heißt dies: Je höher die Spannung der Quelle ist, desto größer ist der Strom. Man könnte - nahegelegt durch das skizzierte Modell - die Spannung auch als "elektrischen Höhenunterschied" bezeichnen.
Der Höhenunterschied der Wasserniveaus in dem Modell besteht übrigens auch dann, wenn noch kein Wasser durch die Turbine fließt. Analog besteht die Spannung an einer elektrischen Quelle auch dann, wenn noch kein elektrischer Strom fließt.
Einheit der Spannung: 1 V
Zur Festlegung der physikalischen Größe Spannung muss in erster Linie die Einheit festgelegt werden:
Die Einheit der Spannung ist das Volt. Eine speziell aufgebaute Batterie (Normalelement) hat genau die Spannung \(1 \, \rm{V}\).
Will man in Kurzschreibweise ausdrücken, dass die Einheit der physikalischen Größe \(U\) das Volt ist, so kann man schreiben:
\([U] = 1 \, \rm{V}\)
Ober- und Untereinheiten
Um kleinere Spannungen bequem beschreiben zu können, führt man Untereinheiten ein. Beispiele:
1 Millivolt: \(1 \, \rm{mV} = 1/1000 \, V = 1\cdot 10^{-3} V\)
1 Mikrovolt: \(1 \, \rm{\mu V} = 1/1\,000 \,000 \,V = 1 \cdot 10^{-6} V\)
Um größere Spannungen bequem beschreiben zu können, führt man Obereinheiten ein. Beispiele:
1 Kilovolt: \(1 \, \rm{kV} = 1000 \, V = 1 \cdot 10^{3} V\)
1 Megavolt: MV = \(1 \, \rm{MV} = 1 \, 000 \, 000 \, V = 1 \cdot 10^{6} V\)
Hinweise für Wissbegierige
Wie stellt man die Gleichheit von Spannungen fest?
Zwei Quellen haben gleiche Spannung, wenn sie entweder a) im gleichen Stromkreis die gleiche Stromstärke hervorrufen oder b) beim Gegeneinanderschalten im Stromkreis den Strom Null erzeugen.
Wie erhält man Vielfache von 1V?
Durch Hintereinanderschalten von n gleichen Stromquellen der Spannung 1 V erhält man eine Spannung von n Volt.