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Homepage > Dokumentation > Naturwissenschaften > Elektrizität > Grundlagen > Spannungsquellen

Spannungsquellen

Autor:
Publikation: 1.11.1997
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Ein elektrischer Verbraucher muss, um zu funktionieren, mit elektrischer Ener­gie versorgt werden, die von einer Spannungsquelle (Batterie, Fahrraddynamo, Netz) geliefert wird. Die Verbindung des elektrischen Gerätes mit der Span­nungsquelle geschieht über Leitungsdrähte. Der Aufbau – Gerät/Spannungs­quelle/elektrische Leitungen – bildet einen einfachen elektrischen Stromkreis.

In einem Haus stellt sich der elektrische Stromkreis etwas anders dar: Der elektrische Strom kommt an der Wandsteckdose an, aber diese ist nur die "Vertreterin" der fernen Kraftwerke, in denen die Elektrizität produziert wird. Die Leitungsdrähte im Kabel sind es, die das Gerät mit der Steckdose verbin­det. An dem Gerät befindet sich üblicherweise auch ein Schalter, mit dem man den Stromkreis öffnen oder schließen kann; im Fall der Zimmerbeleuchtung ist der Stromkreis meistens noch weniger sichtbar; nur die Glühlampen und der Wandschalter treten in Erscheinung. Die meisten Häuser haben mehrere elek­trische Versorgungskreise z. B. einen für die Steckdosen, einen anderen für die Beleuchtung. In den meisten europäischen Ländern gibt es auch (einen) getrennte(n) Stromkreis(e) mit Erdrückleitung für Geräte mit hoher Energieauf­nahme wie Wasch- und Spülmaschine, Elektroherd oder Kühlschrank usw. Alle Stromkreise sind an einen Stromzähler angeschlossen, der die in einem bestim­mten Zeitraum verbrauchte Energiemenge berechnet (siehe auch Elektrische Anlagen – Elektrik im Haus).

Anschlüsse

Jedes Stromkreiselement (Gerät, Spannungsquelle, Leiter, Schalter) verfügt über mindestens zwei Anschlüsse. In einem elektrischen Stromkreis fließt der Strom bei den Anschlüssen von einem Element zum anderen. Wenn einer der Kontakte weggelassen wird, fließt der Strom nicht mehr. Man sagt, dass der Stromkreis geöffnet ist. Wenn alle Kontakte hergestellt sind, das heißt, wenn der Stromkreis vollständig ist, fließt der Strom. Man sagt, dass der Stromkreis geschlossen ist.

Pole

Aus elektrischer Sicht sind die beiden Anschlüsse einer Spannungsquelle nicht identisch. Bei einer Batterie nennt man sie Pluspol (+) und Minuspol (−); bei einer Steckdose Außenleiter (auch Phase) und Neutralleiter. Jeder Anschluss eines Gerätes darf nur mit einem einzigen Anschluss einer Spannungsquelle verbunden sein, und umgekehrt darf jeder Anschluss einer Spannungsquelle nur mit einem einzigen Anschluss eines Gerätes in Verbindung stehen. Das ist die Bedingung, um den ordentlichen Betrieb eines Gerätes zu gewährleisten und die Beschädigung der Spannungsquelle durch einen Kurzschluss zu ver­meiden.

Spannungsquellen

Batterien, Fahrraddynamos, Lichtmaschinen beim Auto, Akkus und Kraftwerke sind Anlagen, die dafür sorgen, dass der elektrische Strom fließen kann. Es sind Stromerzeuger. Die Spannung an den Anschlüssen dieser Spannungsquel­len bleibt konstant, wogegen die Stärke des Stroms von den Elementen (Widerstände, Lampen usw.) abhängt, aus denen der Stromkreis besteht. Bei Elektroinstallationen im Haushalt kann man den Stromzähler als "Vertreter des Kraftwerks" betrachten. Die Spannungsquellen sind durch eine Voltzahl (ihre Nennspannung) gekennzeichnet. Damit ein Gerät ordentlich funktioniert und nicht beschädigt wird, muss seine Betriebsspannung mit derjenigen der Spannungsquelle übereinstimmen.

Bei kleinen batteriebetriebenen Geräten muss man oft mehrere 1,5-V-Batterien einlegen, um eine für den Betrieb (des Spielzeugs, des Weckers, ...) ausrei­chende Spannung zu erhalten.

Gleichstrom, Wechselstrom

In einem Stromkreis, dessen Spannungsquelle eine Batterie oder ein Akkumula­tor ist, fließt Gleichstrom. Dieser Strom hat eine Richtung, die er die ganze Zeit beibehält. Definitionsgemäß fließt der Strom in einem elektrischen Strom­kreis vom positiven Anschluss zum negativen Anschluss der Spannungsquelle. Die Elektronen bewegen sich allerdings in der entgegengesetzten Richtung (die Definition von "plus" und "minus" erfolgte zu einer Zeit, als die Elektronen als wichtige Träger des Stroms noch gar nicht bekannt waren). Wenn man die Anschlüsse einer an einen Stromkreis angeschlossenen Batterie vertauscht, ändert sich die Stromrichtung.

Wenn die Spannungsquelle ein Wechselstromgenerator ist, wird der Strom Wechselstrom genannt: Er wechselt mehrmals pro Sekunde seine Richtung. Die Frequenz dieser Schwingung wird in Hertz (Hz) ausgedrückt. In Europa hat der Netzstrom eine Frequenz von 50 Hz, das heißt, er wechselt 100 Mal pro Sekunde seine Richtung.

Bis zum Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts verwendete man im Wesentli­chen Gleichstrom. Aber nach und nach ist dieser dem Wechselstrom gewichen. Letzterer ist nämlich leichter mit höherer Leistung zu erzeugen. Außerdem lässt sich Wechselstrom mit viel weniger Verlusten über größere Entfernungen transportieren als Gleichstrom.

Letzte Aktualisierung: 2.2.2016

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