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Ladung, Strom und Spannung

Die elektrische Spannung

Jeder hat wahrscheinlich eine gewisse Vorstellung von Spannung und Strom, doch ist dies auch die Richtige? Im alltäglichen Sprachgebrauch werden die Begriffe oft benutzt, denken wir nur an "Stromverbrauch" oder "unter Spannung stehen" oder "Vorsicht, da ist Strom drauf".

Abb.1
Ausschnitt aus den Tarifbestimmungen eines Energieversorgers

Würde man allerdings versuchen, diese Begriffe zu erklären, die man so selbstverständlich benutzt, so käme wahrscheinlich jedermann ins Stocken.

Aber gerade von den Grundbegriffen sollte man in der Physik eine gute Vorstellung haben. Daher werden wir uns als Analogiemodell mit dem Wasserkreislauf beschäftigen, da dies eine Hilfe sein kann, sich später manches konkreter vorzustellen und zu verstehen. Wundern Sie sich also nicht, wenn Sie auch einiges über Wasserkreisläufe kennen lernen.

Wir wollen uns die elektrische Spannung und den elektrischen Strom nun mit dem oben genannten Analogiemodell verdeutlichen:

Abb.2
Analogiemodelle:

Das linke Bild zeigt zwei Gefäße, die mit Wasser gefüllt sind, wobei das Linke höher angefüllt ist als das Rechte. Außerdem sind beide durch einen Schlauch miteinander verbunden. Allerdings ist diese Verbindung noch durch einen Absperrhahn unterbrochen.

Was passiert nun, wenn man die Verbindung zwischen den Gefäßen herstellt? Genau, das Wasser strömt vom linken Gefäß in das Rechte. Aber warum fließt das Wasser überhaupt, und wie lange fließt es? In beiden Gefäßen herrscht am Boden jeweils ein gewisser Druck, links der Druck p 0 und am Boden des rechten Gefäßes der Druck p 1 .

Abb.3

Es gilt p 0 > p 1 , da der Druck in Flüssigkeiten nur von der Höhe des Wasserstandes abhängt und nicht von der Form des Gefäßes. Zudem lastet auch an den Eingängen des Schlauches jeweils der gleiche Druck wie in den Gefäßen. Daher fließt das Wasser bei geöffnetem Hahn vom linken Gefäß mit dem höheren Bodendruck zu dem Rechten mit dem geringeren Bodendruck.

Abb.4

Folglich strömt das Wasser so lange von links nach rechts, bis die Gefäße denselben Wasserstand haben, also der Druck am Boden der beiden Gefäße und somit der Druck an den Eingängen des Schlauches gleich groß ist.

Zusammenfassend halten wir fest, dass die verschiedenen Drücke, und damit eine Druckdifferenz Δ p = p 0 p 1 die Ursache für das strömende Wasser ist. Ist keine Druckdifferenz mehr vorhanden, so fließt auch kein Wasser mehr.

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