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Die elektrische Ladung

Elektrische Spannung

Was geschieht aber nun, wenn die elektrischen Ladungsträger getrennt sind, aber keine Möglichkeit haben, zueinander hin zu fließen, weil sie entweder an ihren Orten festgehalten oder durch eine Barriere (Isolator) daran gehindert werden?

Auch diesen Zustand voneinander getrennter Ladungen möchte man gerne physikalisch beschreiben können, zumal er ja deshalb sehr bedeutsam ist, weil in den getrennten Ladungen Energie steckt. Man hat daher den Begriff der elektrischen Spannung eingeführt.

Erklärung: Die elektrische Spannung beschreibt das Bestreben räumlich getrennter Ladungen, zueinander hin zu fließen.

Eine quantitative Definition folgt später. Zur Illustration dient das folgende Beispiel:

Abb.1

Eine mit Wasser gefüllte, geschlossene Flasche hängt kopfüber über einem Wasserbecken.

Abb.2

Wird der Deckel geöffnet, dann fließt das Wasser in das Becken.

Eine über einem Wasserbecken umgekehrt aufgehängte und mit Wasser gefüllte Flasche, die mit einem Deckel verschlossen ist, speichert potenzielle Energie, da die Flasche und das Wasser in ihr im Gravitationsfeld angehoben werden musste. Obwohl das Wasser das Bestreben hat, in das Becken zu fließen, bewegt es sich nicht, weil ihm der Weg versperrt wird – der Flaschendeckel ist gewissermaßen ein Isolator für den Wasserstrom. Erst wenn der Deckel entfernt wird, beginnt das Wasser zu fließen und dabei seine potenzielle Energie in Bewegungsenergie umzusetzen.

Ebenso verhält es sich mit getrennten Ladungen – sie entsprechen dem angehobenen Wasser. Die Lage des Wassers im Vergleich zur Lage des Beckens wird im elektrischen Stromkreis durch die Spannung beschrieben. Wenn die Ladungen ihrer Anziehungskraft nachgeben können, d.h. wenn kein Isolator ihnen den Weg versperrt, dann fließt ein elektrischer Strom.

Die Natur des elektrischen Stroms wird im folgenden Modul noch eingehender untersucht. In diesem Modul beschäftigen wir uns vor allem mit dem Verhalten ortsfester Ladungen oder allenfalls mit einzelnen bewegten Ladungsträgern.

Link: Elektrische Stromkreise

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