~~NOCACHE~~ ~~SLIDESHOW physik~~ |[[:ph:elektrizitaet1|Kapitelübersicht]]|[[:ph:spannung:Fragen]]|**Theorie**|[[:ph:spannung:aq|Anwendungen,Querverbindungen]]| ====== Die elektrische Spannung ====== **Untertitel: Ein Kilogramm am Everest** Eine kleine Batterie hat 1,5 V und das Netz im Haushalt 230 V. Die Spannung und ihre Einheit Volt sind dir aus dem Alltag bestens bekannt. Aber was versteht man darunter eigentlich genau? \\ ===== Zwei Energieformen im Vergleich ===== Zwischen dem Gravitationsgesetz und dem Coulomb-Gesetz gibt sehr viele Gemeinsamkeiten /*(siehe Kap. 23.1.3)*/. Auch die gespeicherten Energien lassen sich gut vergleichen. Wenn du eine Masse im Gravitationsfeld der Erde hebst, dann musst du dazu Arbeit aufwenden /*(Tab. 23.4 links)*/. Diese Arbeit ist in Form von potenzieller mechanischer Energie in der Masse gespeichert und kann später wieder freigesetzt werden. Nach diesem Prinzip funktionieren der Aufzug einer Räderuhr und Wasserspeicherkraftwerke. Ganz ähnlich ist das beim elektrischen Feld. Wenn du eine negative Ladung gegen das elektrische Feld verschiebst, dann musst du Arbeit aufwenden. Diese Arbeit ist dann in Form von potenzieller elektrischer Energie gespeichert und kann später wieder freigesetzt werden (Tabelle rechts). Vergleichen wir die gespeicherten Energien: {{:ph:elektro1:bb23-t4.jpg?400&direct| }} \\ \\ \\ // Hebearbeit im Schwerefeld und Verschiebearbeit im elektrischen Feld. // \\ ===== Definition der Spannung ===== Zwischen Arbeit, Ladung und Spannung besteht dabei folgender Zusammenhang: ^Elektrische Spannung: $U = \frac{W}{Q} \Rightarrow W = Q\cdot U$ ^^ |$U$|Elektrische Spannung, $[U]$ = 1V (Volt)| |$W$|Arbeit, $[W]$ = 1J (Joule)| |$Q$|Ladung, $[Q]$ = 1C (Coulomb)| \\ ===== Spannung als elektrischer Höhenunterschied ===== Die Spannung ist der „elektrische Höhenunterschied". * Wie hoch ist der Stephansdom? * Elektronenvolt Die Spannung gibt an, wie viel Energie man benötigt, um eine Ladung in einem elektrischen Feld zu verschieben. Wenn man Spannung und Ladung einer Batterie kennt, kann man ihre potenzielle elektrische Energie ausrechnen. Die Batterien in folgender Abb. haben zwar alle 1,5 V, aber mit zunehmender Größe auch eine größere Ladungsmenge und somit mehr gespeicherte Energie (F14, folgende Tabelle). In der größten Batterie ist 15-mal so viel Energie gespeichert wie der kleinsten. Diese entspricht ziemlich genau der Energie, die man benötigt, um 1 kg vom Meeresniveau auf die Spitze des Mount Everest zu heben (8848 m)! In einer kleinen Batterie steckt also überraschend viel Saft! {{:ph:elektro1:bb23-t5.jpg?400&direct| }} \\ \\ \\ // Batterie-Typen, Ladungen laut Hersteller und berechnete potenzielle elektrische Energie. In der rechten Spalte siehst du die Höhe, in der sich ein 1 kg-Stück über dem Meeresniveau befinden müsste, um dieselbe potenzielle Energie zu haben. // \\ \\ ===== Zusammenfassung ===== * Die Spannung ist der „elektrische Höhenunterschied". * Sie gibt an, wie viel Energie man benötigt, um eine Ladung in einem elektrischen Feld zu verschieben. * Spannung kann sinnvoller Weise immer nur zwischen zwei Punkten angegeben werden.