Arten der Spannungserzeugung
Wenn wir elektrische Ladungen trennen, so möchten sie sich wieder ausgleichen. Denn zwischen ihnen entsteht eine Kraftwirkung, diese wird elektrische Spannung genannt. Wenn man eine elektrische Spannung erzeugen will, so müssen Ladungen getrennt werden.
Dies ist im Grunde genommen ähnlich wie die Spannung zwischen einer Feder und der Kraft, die daran hängt, siehe Kraft und Gegenkraft.
Wir können durch viele verschiedene Methoden eine elektrische Spannung erzeugen. Einige erkläre ich im Folgenden:
Spannungserzeugung durch Reibung
Versuch:
Mit einem Bandgenerator erzeugen wir durch Reibung eine elektrische Spannung.
Beobachtung
Dabei beobachten wir, dass wir elektrische Ladungen trennen können, indem wir Isolierstoffe reiben. Aufgrund dieser Ladungstrennung entsteht eine elektrische Spannung. Diese Art von Spannungserzeugung ist technisch jedoch oft unerwünscht.
Spannungserzeugung durch chemische Vorgänge
Versuch
Zwischen ein Kupfer- und ein Zinkblech legen wir ein mit Kupfersulfatlösung getränktes Papier.
Beobachtung
Wenn wir zwei unterschiedliche Leiter in eine leitende Flüssigkeit eintauchen, kommt es zu einer Ladungstrennung. Denn zwischen den beiden Leitern tritt eine elektrische Spannung auf.
Technische Anwendung hierfür sind zum Beispiel Galvanische Elemente und Akkumulatoren.
Spannungserzeugung durch Induktion
Versuch
Wir erzeugen mit einem Generatormodell elektrische Spannung.
Beobachtung
Die Ladungstrennung erfolgt durch bewegte Spulen in einem ruhenden Magnetfeld oder durch bewegte Magnete in einer ruhenden Spule.
Technische Anwendung hierfür sind zum Beispiel Generatoren in Kraftwerken, Fahrraddynamo und Autolichtmaschine.
Spannungserzeugung durch Wärme
Versuch Thermoelement
Wir verbinden zwei unterschiedliche Metalle (z.B. Kupfer- Konstantan) an einem Ende miteinander. Dann erwärmen sie an der Kontaktstelle.
Beobachtung
Wieder wird eine eine elektrische Spannung erzeugt. Wenn die Temperatur zunimmt, steigt auch die Spannung.
Technische Anwendung hierfür sind zum Beispiel Thermoelemente, z.B. als Thermofühler bei der Temperaturmessung.
Spannungserzeugung durch Licht
Versuch
Wir verbinden eine Solarzelle mit einem Solarmotor.
Beobachtung
In bestimmten Materialien (Germanium, Silizium) kommt es bei Lichteinwirkung zur elektrischen Ladungstrennung.
Technische Anwendung hierfür sind zum Beispiel Fotoelemente, Solarzellen.
Spannungserzeugung durch Druck
Versuch
Wir erzeugen mit einem Piezo-Feuerzeug elektrische Spannung.
Beobachtung
Wenn wir auf ein derartiges Feuerzeug drücken, entsteht zwischen den Oberflächen bestimmter Kristalle (z.B. Quarz) eine elektrische Ladungstrennung (Piezo- Elektrizität).
Technische Anwendung hierfür sind zum Beispiel Zündmechanismus beim Feuerzeug, Kristallmikrofon, zur Erzeugung von Schwingungen in Quarzuhren.
Spannungsmessung
Wenn wir elektrische Ladungen trennen, so entsteht zwischen ihnen eine elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung kann dann mit einem Messgerät gemessen werden.
Versuch
Wir messen die Spannung an verschiedenen Spannungsquellen.
Wenn wir mehrere Batteriezellen hintereinanderschalten wird die elektrische Spannung erhöht. Dies nennt man auch Reihenschaltung.
Alle Geräte oder Apparaturen, die elektrische Spannung liefern, nennen wir elektrische Spannungsquellen.
Die Maßeinheit der elektrischen Spannung ist das Volt (Volta).
Das physikalische Formelzeichen für die Spannung ist U.
Man schreibt zum Beispiel: U = 12 V.
Tabelle Spannungen in der Technik
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