Essenzielle Cookies sind nötig. Analyse und Werbemessung nur mit deiner Zustimmung.
Physik · Elektrizitätslehre
Spannung als Energie pro Ladung, U = W/Q, Potenzial und Potenzialdifferenz, die Höhenanalogie, Energie bei Bewegung im Feld, U = E·d und wie Spannung entsteht.
Spannung ist der Energieunterschied pro Ladung zwischen zwei Punkten: U = W/Q. Sie treibt den Strom an, so wie ein Höhenunterschied Wasser antreibt.
Um eine Ladung im Feld gegen die Feldkraft zu verschieben, brauchst du Arbeit W. Sie steckt danach als potenzielle Energie der Ladung im Feld. Die Spannung U ist diese Arbeit pro Ladung.
U = W / Q1 V = 1 J/C = 1 kg·m²/(A·s³)
Umgestellt: W = U · Q. Eine Ladung von 3 C gegen 12 V zu verschieben kostet W = 12 V · 3 C = 36 J.
Das Potenzial φ gibt den Energiezustand pro Ladung an einem Ort an, gemessen von einem frei gewählten Nullpunkt. Die Spannung ist der Unterschied zweier Potenziale: U = φ₂ − φ₁. Das Schwerefeld liefert das passende Bild:
| Schwerefeld | Elektrisches Feld |
|---|---|
| Masse m | Ladung Q |
| Feldstärke E |
| Lageenergie pro Masse g·h | Potenzial φ |
| Höhenunterschied | Spannung U |
| Lageenergie m·g·h | Arbeit W = U · Q |
Wie beim Höhenunterschied zählen nur Start und Ziel: Im statischen Feld ist die Spannung wegunabhängig. Sie ist ein Skalar, hat aber ein Vorzeichen.
U = E · dim homogenen Feld; d: Abstand in Feldrichtung
Spannung entsteht, wenn Ladungen unter Energieaufwand getrennt werden. Dauerhafter Strom fließt nur bei einer Potenzialdifferenz. Auch die Zellmembran hat eine Spannung, das Ruhepotenzial. → Ausführlich in: Nervensystem
Zum höheren. Die Feldlinien zeigen zum niedrigeren Potenzial, die Kraft auf das Elektron zeigt gegen sie. Seine Energie sinkt trotzdem, weil seine Ladung negativ ist.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeWelche Größe im Kondensator entspricht dem Höhenunterschied h, welche der Masse m?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
