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Realschule 7 · Physik
Licht, Linsen und Sehen · Gewitter und Spannung

Spannung und Volt

Beim Sommergewitter über dem Ruhrgebiet blitzt es zwischen Wolke und Erde, obwohl dazwischen Luft ist, die normalerweise nicht leitet. Auch eine Taschenlampe leuchtet erst, wenn die Batterie eingelegt ist. Was haben beide gemeinsam? Es ist die elektrische Spannung. Am Ende dieser Seite kannst du erklären, warum ein Blitz entsteht und warum ein Vogel auf der Hochspannungsleitung sicher sitzt.

Wie entsteht Spannung?

Du hast gelernt: Durch Reibung werden Ladungen getrennt. Der Luftballon wird meist negativ, der Wollpullover dann positiv (das hängt von den Stoffen ab). Zwischen beiden herrscht jetzt ein „Ungleichgewicht“: Die Ladungen wollen sich ausgleichen, werden aber festgehalten.

Dieses Bestreben nennt man elektrische Spannung. Spannung gibt es immer dann, wenn positive und negative Ladungen voneinander getrennt sind.

Ladungstrennung: Links sammeln sich positive Ladungen, rechts negative Ladungen, dazwischen herrscht Spannung. + + +− − − PluspolMinuspolSpannung U

Spannungsquellen gibt es in Natur und Technik:

Quelle Wie werden Ladungen getrennt?
Reibung (Luftballon, Kamm) Elektronen gehen durch Reiben über
Gewitterwolke Eiskristalle reiben aneinander: Im oberen Teil der Wolke sammeln sich positive, im unteren Teil negative Ladungen
Batterie chemische Vorgänge im Inneren
Solarzelle Licht trennt Ladungen
Generator (Fahrraddynamo, Kraftwerk) Bewegung trennt Ladungen
Üben★☆☆
a) Wie entsteht elektrische Spannung (in einfachen Worten)? b) Mit welcher Einheit und welchem Gerät misst man sie?
  1. a) Wie entsteht elektrische Spannung (in einfachen Worten)?
  1. b) Mit welcher Einheit und welchem Gerät misst man sie?
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Volt und das Spannungsmessgerät

Die Einheit der Spannung ist Volt (V), benannt nach Alessandro Volta. Das Gerät heißt Spannungsmessgerät (Voltmeter).

Typische Werte:

Quelle Spannung
Mignonzelle (AA) 1,5 V
Flachbatterie 4,5 V
Autobatterie 12 V
Steckdose im Haushalt 230 V
Hochspannungsleitung bis 380.000 V
Gewitterblitz etwa 100 Millionen V

Für große und kleine Werte brauchst du Vorsätze:

$$1\,\text{kV} = 1.000\,\text{V} \qquad 1\,\text{V} = 1.000\,\text{mV}$$
Üben★☆☆
Nenne die Spannung folgender Quellen: Flachbatterie, Steckdose im Haushalt, Mignonzelle (AA).

Nenne die Spannung folgender Quellen: Flachbatterie, Steckdose im Haushalt, Mignonzelle (AA).

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Üben★☆☆
Rechne um: a) $1,5\,\text{V}$ in mV, b) $2.500\,\text{V}$ in kV, c) $230\,\text{V}$ in kV.

Rechne um: a) $1,5\,\text{V}$ in mV, b) $2.500\,\text{V}$ in kV, c) $230\,\text{V}$ in kV.

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Spannung messen und Batterien schalten

Spannung misst man parallel. Das Spannungsmessgerät wird an die beiden Anschlüsse des Bauteils gelegt, über dem du die Spannung wissen willst. Der Stromkreis wird dafür nicht aufgetrennt.

Schaltplan: Eine Batterie und eine Lampe in Reihe, das Spannungsmessgerät V liegt parallel zur Lampe. Batterie Lampe V +−

Vorgehen beim Messen:

  1. Messbereich zuerst groß wählen (zum Beispiel 20 V), damit das Gerät nicht überlastet wird.

  2. Pluspol des Geräts mit der Seite verbinden, die zum Pluspol der Quelle führt.

  3. Ablesen. Dann den Messbereich verkleinern, falls der Zeiger nur wenig ausschlägt, um genauer abzulesen.

Batterien in Reihe: Schaltest du Zellen hintereinander (Plus an Minus), addieren sich die Spannungen. Drei Mignonzellen liefern $3 \cdot 1{,}5\,\text{V} = 4{,}5\,\text{V}$. Mit mehr Spannung werden Ladungen stärker angetrieben: Je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke durch die Lampe, und desto heller leuchtet sie.

Üben★★☆
Beschreibe, wie du die Spannung an einer Glühlampe, die an eine Batterie angeschlossen ist, messen würdest. a) Wie wird das Spannungsmessgerät angeschlossen? b) Wie…

Beschreibe, wie du die Spannung an einer Glühlampe, die an eine Batterie angeschlossen ist, messen würdest.

  1. a) Wie wird das Spannungsmessgerät angeschlossen?
  1. b) Wie wählst du den Messbereich?
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Üben★★☆
Drei Mignonzellen mit je $1,5\,\text{V}$ werden in Reihe in eine Taschenlampe eingelegt. a) Welche Gesamtspannung liefern sie? b) Warum leuchtet die Lampe heller als mit…

Drei Mignonzellen mit je $1,5\,\text{V}$ werden in Reihe in eine Taschenlampe eingelegt.

  1. a) Welche Gesamtspannung liefern sie?
  1. b) Warum leuchtet die Lampe heller als mit einer Zelle?
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Üben★★☆
Ein Voltmeter zeigt bei einer Batterie ohne Verbraucher $4,5\,\text{V}$, mit angeschlossener Lampe $4,2\,\text{V}$. a) Wie kann man das Ergebnis deuten? b) Warum sind…

Ein Voltmeter zeigt bei einer Batterie ohne Verbraucher $4,5\,\text{V}$, mit angeschlossener Lampe $4,2\,\text{V}$.

  1. a) Wie kann man das Ergebnis deuten?
  1. b) Warum sind ungeschützte Pole einer Autobatterie ($12\,\text{V}$) weniger gefährlich als eine Steckdose?
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Spannung, Gefahr und Missverständnisse

Blitz. In der Gewitterwolke werden Ladungen getrennt: oben positiv, unten negativ. Zwischen Wolke und Erde (oder zwischen Wolken) entsteht eine riesige Spannung von etwa 100 Millionen Volt. Wird sie zu groß, wird die Luft leitend und ein Funke springt durch die Luft: der Blitz, ein Ladungsausgleich.

Vogel auf der Leitung. Der Vogel berührt nur ein Kabel. Zwischen seinen beiden Füßen liegt praktisch keine Spannung, also fließt kein nennenswerter Strom durch ihn. Gefährlich wird es erst, wenn zwischen zwei Körperstellen eine Spannung liegt, zum Beispiel Hand am Kabel, Fuß am Boden.

Irrtum Batterie. Eine Batterie „enthält“ keine Elektronen, die verbraucht werden. Elektronen sind im Metall der Leitungen und in der Lampe immer vorhanden. Die Batterie trennt mithilfe chemischer Energie Ladungen und treibt sie durch den Stromkreis. Ist die chemische Energie aufgebraucht, kann sie keine Ladungen mehr trennen: Die Batterie ist leer.

Üben★★★
Ein Gewitterblitz hat eine Spannung von etwa $100\,\text{Millionen Volt}$, eine Steckdose $230\,\text{V}$. a) Wie oft ist die Blitzspannung größer? b) Erkläre mit dem…

Ein Gewitterblitz hat eine Spannung von etwa $100\,\text{Millionen Volt}$, eine Steckdose $230\,\text{V}$.

  1. a) Wie oft ist die Blitzspannung größer?
  1. b) Erkläre mit dem Begriff Ladungstrennung, warum Spannung zwischen Wolke und Erde entsteht.
  1. c) Warum ist nicht allein die Höhe der Spannung für die Gefährlichkeit entscheidend?
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Üben★★★
Ein Vogel sitzt auf einer Hochspannungsleitung und wird nicht verletzt. a) Erkläre dies mit dem Begriff Spannung. b) Warum ist es lebensgefährlich, wenn ein Mensch auf…

Ein Vogel sitzt auf einer Hochspannungsleitung und wird nicht verletzt.

  1. a) Erkläre dies mit dem Begriff Spannung.
  1. b) Warum ist es lebensgefährlich, wenn ein Mensch auf dem Boden steht und mit der Hand ein heruntergefallenes Kabel einer Hochspannungsleitung berührt?
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Üben★★★
Ein Schüler behauptet: „Eine Batterie enthält Elektronen, die bei Gebrauch verbraucht werden.“ a) Nimm Stellung. b) Erläutere, was in der Batterie tatsächlich geschieht…

Ein Schüler behauptet: „Eine Batterie enthält Elektronen, die bei Gebrauch verbraucht werden.“

  1. a) Nimm Stellung.
  1. b) Erläutere, was in der Batterie tatsächlich geschieht (Ladungstrennung, Energie).
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Zurück zum Anfang: Zwischen Gewitterwolke und Erde entsteht durch Ladungstrennung eine riesige Spannung, die sich im Blitz ausgleicht. Der Vogel sitzt sicher, weil zwischen seinen Füßen keine Spannung liegt.

Los geht's! 9 Aufgaben in diesem Abschnitt
★☆☆ a) Wie entsteht elektrische Spannung (in einfachen Worten)? b) Mit welcher Einheit und…★☆☆ Nenne die Spannung folgender Quellen: Flachbatterie, Steckdose im Haushalt, Mignonzelle…★☆☆ Rechne um: a) $1,5\,\text{V}$ in mV, b) $2.500\,\text{V}$ in kV, c) $230\,\text{V}$ in kV.

Auf einen Blick

  • Spannung $U$ entsteht durch Ladungstrennung (Reibung, Batterie, Generator, Solarzelle, Gewitterwolke).

  • Einheit Volt (V); $1\,\text{kV} = 1.000\,\text{V}$, $1\,\text{V} = 1.000\,\text{mV}$.

  • Das Spannungsmessgerät wird parallel angeschlossen; Messbereich zuerst groß wählen.

  • Zellen in Reihe: Die Spannungen addieren sich.

  • Gefährlich ist eine Spannung zwischen zwei Körperstellen, auch die Stärke des Stroms spielt mit.

  • Eine Batterie trennt Ladungen mithilfe chemischer Energie, sie „verbraucht“ keine Elektronen.

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