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Die elektrische Spannung beschreibt die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten und gibt an, wie viel Energie pro Ladung aufgewendet werden muss, um diese im elektrischen Feld zu bewegen.
Um eine elektrische Ladung in einem elektrischen Feld gegen die Feldkraft zu bewegen, muss Arbeit verrichtet werden. Diese Arbeit wird im System als potenzielle Energie gespeichert. Die elektrische Spannung (U) ist definiert als das Verhältnis dieser verrichteten Arbeit (W) zur Größe der bewegten Ladung (Q). Mathematisch ausgedrückt gilt: U = W / Q.
Die Einheit der Spannung ist das Volt (V). Ein Volt entspricht dabei einem Joule pro Coulomb (1 V = 1 J/C). Man kann sich die Spannung als den 'Druck' oder die 'Antriebskraft' vorstellen, die Ladungen dazu bringt, sich durch einen Leiter zu bewegen.
Ein hilfreiches Bild ist die Analogie zum Schwerefeld der Erde: Die Spannung entspricht hierbei dem Höhenunterschied zwischen zwei Plateaus. Je größer der Höhenunterschied, desto mehr Energie wird frei, wenn eine Masse (Ladung) nach unten fällt. Ohne diesen Unterschied (Potenzialdifferenz) gibt es keinen Grund für die Ladung, sich zu bewegen.
Das elektrische Potenzial (Φ) beschreibt den energetischen Zustand an einem spezifischen Punkt im Feld bezogen auf einen Nullpunkt. Die Spannung ist nichts anderes als die Differenz zwischen zwei solchen Potenzialen: U = Δ Φ = Φ₂ - Φ₁. Während das Potenzial also ein absoluter Wert an einem Ort ist, ist die Spannung immer ein relativer Wert zwischen zwei Orten.
In einem homogenen elektrischen Feld, wie es zwischen den Platten eines Kondensators herrscht, ist die Feldstärke (E) überall gleich. Hier lässt sich die Spannung einfach berechnen, indem man die Feldstärke mit dem Abstand (d) der Messpunkte multipliziert: U = E × d.
Spannung ist die Voraussetzung für den Stromfluss. Nur wenn eine Spannung anliegt, erfahren freie Ladungsträger eine Kraft, die sie in eine bestimmte Richtung beschleunigt. In biologischen Systemen, wie etwa an Nervenzellen, ist die Aufrechterhaltung einer Membranspannung (Ruhepotenzial) essenziell für die Weiterleitung von Signalen.
