Elektrische Spannung

Elektrische Spannung, Kurzzeichen U, die Arbeit, die für die Verschiebung eines Ladungsträgers (z. B. Elektron oder Ion) zwischen zwei Punkten A und B eines elektrischen Feldes zu leisten ist.

Die elektrische Spannung entsteht durch die unterschiedlich großen elektrischen Potentiale φ_A und φ_B der Punkte A und B und kann damit auch als Potentialdifferenz zwischen A und B aufgefasst werden:

UAB = φA - φB.

Die Maßeinheit der elektrischen Spannung ist das Volt (V), wobei

V = W/A = m2kg/As3.

Eine elektrische Spannung unter 1 000 Volt wird als Niederspannung bezeichnet, eine Spannung über 1 000 Volt als Hochspannung. Bei einer Gleichspannung sind Richtung und Betrag zeitlich konstant. Dagegen ändert sich bei einer Wechselspannung die Richtung periodisch, d. h., eine Wechselspannung wechselt in periodisch wiederkehrenden Zeitabständen das Vorzeichen.

Die Frequenz einer Wechselspannung ist die Anzahl der Perioden pro Sekunde und wird in Hertz (Hz) angegeben. Herkömmliche Wechselspannung hat eine Frequenz von 50 Hertz, so dass das Vorzeichen und damit die Richtung 50-mal pro Sekunde wechseln.

Wechselspannung besitzt einen Scheitelwert und einen Effektivwert. Als Scheitelwert U_Scheitel bezeichnet man den Maximalwert des Betrages der Wechselspannung, während der Effektivwert U_Eff die Spannung wiedergibt, die an einem Ohm’schen Widerstand die gleiche Leistung erzeugt wie eine entsprechend hohe Gleichspannung. So setzt eine Glühlampe mit der Aufschrift 60 W/230 V an einer Wechselspannung mit dem Effektivwert 230 Volt eine Leistung von 60 Watt um, und zwar ebenso wie an einer Gleichspannung von 230 Volt.

Bei Wechselspannungen, bei denen der zeitliche Verlauf die Form einer Sinuskurve hat, entspricht der Effektivwert etwa 70 Prozent des Scheitelwertes, wobei

UEff = UScheitel/Ã.

So besitzt herkömmlicher Wechselstrom einen Effektivwert von 230 Volt und einen Scheitelwert von 325 Volt. Für nicht sinusförmige Wechselspannungen (z. B. Rechteck- oder Sägezahnspannung) gelten andere Beziehungen zwischen Scheitel- und Effektivwert.

Siehe auch Elektrodynamik; Elektrizität; elektrischer Stromkreis