Spannung – Basiswissen
In unserem letzten Artikel haben wir dir die Grundlagen des elektrischen Stroms näher gebracht. Wenn du dort aufgepasst hast, dann weißt du mit Sicherheit noch, dass eine der Bedingungen für Stromfluss eine vorhandene Spannung ist. Heute geben wir dir einige nützliche Fakten zum Thema Spannung mit und beleuchten diese genauer.
Was ist elektrische Spannung?
Das Wichtigste gleich zu Beginn: Die elektrische Spannung U ist Ursache für den elektrischen Strom.
Damit wir Spannung erzeugen können braucht es eine Ladungstrennung!
Wir müssen also Elektronen (negative Ladungsträger) von den Ionen (positive Ladungsträger) trennen. Wenn eine solche Trennung existiert, haben wir eine Spannung, wird diese Trennung aufrecht erhalten (z.B. durch chemische Prozesse bei einer Batterie), kannst du von einer Spannungsquelle sprechen. Der Pluspol der Batterie enthält die positiven Teilchen und der Minuspol die negativen Teilchen. Dabei kannst du dir merken, je mehr Teilchen du voneinander trennst, um so größer ist die elektrische Spannung. Noch genauer gibt die elektrische Spannung U an, wie viel Energie notwendig ist, um die Ladungen zu trennen.
Solltest du die Pole mit einem leitfähigen Material verbinden, ist der Antrieb für den elektrischen Strom geschaffen. Es kommt zu einem Ladungsausgleich.
In unserem Artikel zum Strom haben wir das Wasser als Modell verwendet, damit du dir das Wesentliche besser merken kannst. Das ist auch im Fall der Spannung möglich.
Stell dir einen Wasserkreislauf vor, in dem du zwei Behälter auf unterschiedlicher Höhe hast und diese mit einem Rohr verbindest. Das Wasser fließt vom oberen Behälter in den unteren.
Je größer Höhenunterschied (potentielle Energie) und Wassermenge im oberen Gefäß sind, desto mehr Druck (analog zur Spannung) ist auf dem Rohr.
Wenn wir in diesen Kreislauf eine Wasserpumpe einbauen, die unser Wasser wieder in das Ausgangsbecken befördert, haben wir eine Spannungsquelle simuliert.
Den Fluss des Wassers kannst du dir als fließenden Strom vorstellen.
Wasserkreislauf als Analogie zur Spannungsquelle
Formel der elektrischen Spannung
Natürlich besitzt auch die elektrische Spannung Formeln. Eingangs haben wir erwähnt, dass Spannung aus der Arbeit resultiert die Ladungen voneinander zu trennen.
In Worten gilt:
![\[ Spannung = \frac{Arbeit}{Ladung} \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-db2926e904e6a58f3cf0a70daac68475_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Als Formel:
![\[ \boxed{U = \frac{W}{Q}} \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5c6b3f3ec17cfc0778f6d6c48c21ca38_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Die wohl bekannteste Formel bildet den Zusammenhang zwischen Spannung Strom und Widerstand.
![\[ Spannung = Widerstand * Strom \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a1484a389f12ab6f982a7f9e1c6ca4fc_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[ \boxed{U = R*I} \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9573e0646bab1d69ed319e459c8740d0_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Einheit der Spannung
Die Einheit der elektrischen Spannung sind Volt. Diese wird Abgekürzt mit V.
![\[ \boxed{[U] = 1V} \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-120b0c606b48225770d28a892e2fd0ff_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Wie auch beim Strom wird dir die Einheit Volt in verschiedenen Größen begegnen, weswegen du nachfolgend wieder unsere Umrechnungstabelle an die Hand bekommst.
| Präfix | Symbol | Multiplikator | Macht der Zehn |
|---|---|---|---|
| Terra | T | 1,000,000,000,000 |  |
| Giga | G | 1,000,000,000 |  |
| Mega | M | 1,000,000 |  |
| Kilo | k | 1,000 |  |
| - | - | 1 |  |
| milli | m | 0,001 |  |
| micro | u | 0,000,001 |  |
| nano | n | 0,000,000,001 |  |
| pico | p | 0,000,000,000,001 |  |
Beispiele:
![\[ 0.5V = 500mV = 500 000 uV \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a418a01166cb397bed0cb70bc5061ba5_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[ 450V = 0.45kV = 0.00045 MV \]](https://www.electastic.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-77a8b322e94d3a470bf0faadbcf3e7d0_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Im Rahmen der Einheit Volt möchten wir dir gerne einige Beispiele aus der Natur zeigen, damit du weißt, mit welchen Spannungen du wo rechen kannst.
Spannungen in deinem Alltag
| Spannung bei Hirnstrommessung | 10uV - 100uV |
| Menschliches Herz | ca. 60mV |
| Taschenrechner | 1.5V |
| Batterie PKW | 12V |
| Spannung Haushalt | 230V |
| Zitteraal | bis 800V |
| Generator im Kraftwerk | 15kV |
| Überlandleitung | 15kV - 320kV |
| Spannung bei Gewitter (zwischen Boden und Wolken) | bis 1MV |
Gleichspannung und Wechselspannung
Das Leben wäre wohl zu einfach, wenn wir es nur mit einer Form von Spannung zu tuen hätten. Wir werden dir beide Spannungen kurz erklären aber erst in einem weiteren Artikel genauer auf die Wechselspannung eingehen. Diese ist für unsere Arduino Projekte erst einmal ohne Bedeutung. – Glück gehabt 🙂
Gleichspannung – DC
Der Name Gleichspannung sagt schon eine Menge über die Eigenschaften dieser Spannungsform aus. Du kannst nämlich dann von einer Gleichspannung sprechen, wenn der Spannungswert über den gesamten Zeitraum das gleiche Vorzeichen und den gleichen Betrag besitzt. Zum Teil wird auch dann von Gleichspannung gesprochen, wenn die Spannung über einen längeren Zeitraum gleich bleibt oder der Wechselanteil im Vergleich zum Gleichanteil vernachlässigbar ist. Unser Arduino und auch Batterien liefern uns Gleichspannung. Häufig findest du im Zusammenhang mit der Gleichspannung die Abkürzung DC, welche für direct current steht.
Beispiel einer konstanten Gleichspannung
5V Gleichspannung
Beispiel einer Gleichspannung mit Wechselanteil
Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung
Wechselspannung – AC
Die Wechselspannung wechselt im Gegensatz zur Gleichspannung ihren Betrag und das Vorzeichen sinusförmig. Im Zusammenhang mit Wechselspannung wirst du häufig auch von der Abkürzung AC lesen – alternating current.
Beispiel Wechselspannung
Wechselspannung über die Zeit
Spannungen im Schaltplan
Wie du dir denken kannst, gibt es ein paar wichtige Dinge die du über die Spannung in einem Schaltplan wissen solltest.
Schaltsymbol Spannungsquelle
Damit du selber Schaltpläne lesen und auch erstellen kannst die gängigsten Symbole in Schaltplänen.
Allgemeines Schaltsymbol
Schaltsymbol einer allgemeinen Spannungsquelle
Schaltsymbol Batterie
Schaltsymbol einer Batterie
Schaltsymbol Wechselspannungsquelle
Schaltsymbol einer Wechselspannungsquelle
Leerlaufspannung
Die Leerlaufspannung ist die Spannung, die eine Quelle liefern kann, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist.
Diese Spannung wird dir auf deinen Quellen in der Regel angegeben. So findest du auf deiner AA Batterie die Angabe: 1,5V – Das ist deine Quellenspannung.
Die Quellenspannung wird in Schaltplänen meist als 
bezeichnet.
Beispiel einer Leerlaufspannung
Klemmenspannung
Die Klemmenspannung ist die Verallgemeinerung der Leerlaufspannung. Die Klemmenspannung ist, wie der Name erahnen lässt, die Spannung, die zwischen zwei Klemmen abfällt.
Das kann auch die Leerlaufspannung sein (zumindest nahezu – aber das sehen wir uns in einem anderen Artikel genauer an)!
Beispiel einer Klemmenspannung
So misst du die Spannung richtig
Wie in unserem Artikel Strom – Die Grundlagen erwähnt, empfehlen wir dir dringend für dein neues Hobby ein Digitalmultimeter im Inventar zu haben. Falls du mit diesem Begriff nichts anfangen kannst, schau am besten in unseren letzten Artikel.
Hier zuerst unsere Empfehlung für ein solides Digitalmultimeter:
- 【100% Sicherheit】Eingebaute Doppelte Sicherung. In allen Bereichen Überlastungsschutz.
- 【Automatisch Tester】Misst AC/DC-Spannung, AC/DC-Strom, Widerstand, Frequenz, Durchgang, Diode, usw.
- 【Hintergrundbeleuchtete Anzeige】Mit drei ½-stelligen LCD-Anzeigen und Hintergrundlicht, wodurch die messergebnisse auch bei geringem licht gut zu erkennen sind.
- 【Besondere Punkte】Datenaufnahme, Maximale Wertaufnahme, Funktionsumschaltung, Automatisches Abschalten. Abtastgeschwindigkeit: 3 mal pro sekunde.
- 【9V-Batterie】Vergessen Sie NICHT die 9V-Batterie einzulegen, bevor sie das digitale universalmessgerät nutzen, ansonsten funktioniert es nicht.
Damit du die Spannung messen kannst musst du folgende Einstellungen vornehmen.
- Gleichsspannungsmessung einstellen (Drehschalter)
- Schwarze Messleitung in den COM Anschluss
- Rote Messleitung in den Spannungsanschluss
Gigitalmultimeter Einstellungen zum Spannung messen
Jetzt musst du lediglich eine Spannungsquelle kontaktieren – Wir nehmen eine Batterie – (Batterien )
Jetzt solltest du eine Spannung ablesen können. Ist diese negativ, musst du die Messleitungen tauschen 😉
Kontaktieren einer Batterie zur Spannungsmessung
Wie würde eine Messung in einem Schaltplan dargestellt?
Die Spannung wird parallel zum Bauteil gemessen der Strom in Reihe (genauer werden wir dieses Thema nochmal in einem Thema zur Messtechnik erläutern – also keine Angst, wenn du es nicht auf Anhieb verstehst):
Spannungsmessung im Schaltplan:
Spannungsmessung im Schaltplan
Strommessung im Schaltplan:
Strommessung im Schaltplan
Empfehlungen – Elektrotechnik – Werde zum Profi
Wie wir bereits in anderen Artikeln predigen ist es sehr wichtig zu üben, um ein Meister vom Fach zu werden. Insbesondere in der Elektrotechnik solltest du viele Schaltungen aufbauen und dich damit austoben. So verstehst du die Theorien dahinter wesentlicher schneller und du wirst merken, wie du bereits in kurzer Zeit zum „Meister“ auf dem Gebiet wirst.
Unsere Empfehlungen mit denen wir angefangen haben:
- 40 spannende Experimente zum selber machen
- Schnell und bequem Schaltungen aufbauen
- Über 20 Bauteile
- Leicht verständliches Handbuch
- Schritt-für-Schritt-Anleitungen
- Von einfachen Stromkreisen mit LEDs und Widerständen über Transistor-Grundschaltungen bis zur Anwendung komplexer integrierter Schaltkreise - es warten 50 spannende Experimente auf Sie
- Das Lernpaket stellt analoge und digitale Schaltungen mit Einzelhalbleitern und mit ICs vor
- Reale Anwendungen der Elektronik, die wirklich funktionieren
- Erarbeiten Sie die Grundlagen der Operationsverstärker ebenso wie die Anwendung von Sensoren
- Für Einsteiger und Fortgeschrittene
- Voll ausgestattetes Experimentierset: 12 Anleitungen, mit denen Sie Ihre ersten erfolgreichen Schaltungen bauen (zusätzlich nötig: Lötkolben, Lötzinn, 9-V-Blockbatterie)
- Schnelle Experimente: Die Verbindungs-Technik mit Jumpern ist die schnellste und sicherste Art, eine Schaltung zu bauen. Schaltungsvarianten und neue Ideen sind damit blitzschnell getestet
- Sichere Versuche: Alle vorgestellten Schaltungen lassen sich blitzschnell und fehlerfrei nachbauen. Auch wenn bei eigenen Versuchen doch einmal ein Fehler passieren sollte, ist dank der eingebauten Strombegrenzung eine Beschädigung von Bauteilen ausgeschlossen
- Auch für Einsteiger: Alle Experimente wurden sorgfältig überprüft und auf ihre Praxistauglichkeit getestet
- Umfangreiches Handbuch: Das illustrierte Begleitbuch bietet Unterstützung für den Einstieg in die Elektronik und erläutert Schritt für Schritt den Aufbau der Schaltungen
Letzte Aktualisierung am 14.01.2023 / Affiliate Links / Bilder von der Amazon Product Advertising API
![Arduino UNO Rev3 [A000066]](https://www.electastic.com/wp-content/plugins/aawp/public/image.php?url=aHR0cHM6Ly9tLm1lZGlhLWFtYXpvbi5jb20vaW1hZ2VzL0kvNTF0eFcxaWljVkwuanBn)
