Skip to main content
Fachgebiete
Automobil + Motoren Bauwesen + Immobilien Business IT + Informatik Elektrotechnik + Elektronik Energie + Nachhaltigkeit Finance + Banking Management + Führung Marketing + Vertrieb Maschinenbau + Werkstoffe Versicherung + Risiko
DE
EN
Bücher
Zeitschriften
Themenseiten
Organisationspsychologie Projektmanagement Marketing Smart Manufacturing
Weitere Formate
Podcasts Webinare Technik Webinare Wirtschaft Kongresse Veranstaltungskalender Awards
Jetzt Einzelzugang starten
Zugang für Unternehmen
Referenzkunden
SLX-Digitalkonferenz: Zukunftswerkstatt 2024

Mehr Umsatz mit Top-Kontakten

Am 7. Mai erfahren Sie, wie Vertriebsteams Leadgenerierung, Leadnurturing und Leadstrategien effizient steuern können.
Erweiterte Suche
Anmelden
nach oben
Erschienen in:
Die elektrische Ladung und das elektrische Feld Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

3. Elektrisches Potential und Spannung

verfasst von : Andreas Helzel

Erschienen in: Elektrodynamik an Schule und Hochschule

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Einführung des elektrischen Potentials und damit eine erste Bedeutung der elektrischen Spannung besprochen. Dieses Kapitel ist sehr umfangreich, da dieses Thema in der Sekundarstufe I, II und der Hochschule so verschiedenartig dargestellt wird. In der Sekundarsteufe I wird überwiegend die Spannung verwerndet, das elektrische Potential wird oft erst in der Sekundarstufe II eingeführt und steht dann im Vordergrund. In der hochschulischen Fachsystematik wird vornehmlich das Potential behandelt. Jedoch müssen auch in der hochschulischen Physik die Begriffe Spannung und Potential differenziert betrachtet und voneinander abgegrenzt werden. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Spannung in der Sekundarstufe I werden in diesem Kapitel alle weiteren Aspekte zu Stromkreisen angesprochen, die elektrische Leistung, der elektrische Widerstand und ein Überblick der Analogiemodelle zu Stromkreisen.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren
Vorheriges Kapitel Der elektrische Strom
Nächstes Kapitel Elektrostatik elektrischer Leiter
Fußnoten
1
In Kap. 10 wird auf die genauen physikalischen Hintergründe für diesen Zusammenhang eingegangen.
 
2
Auch wenn die Modelle erst im letzten Teil des Kapitels diskutiert werden, muss hier gleich erwähnt werden, dass das Energiehütchenmodell nicht als ein sinnvolles Modell für den Stromkreis angesehen werden kann.
 
3
Man spricht einer Größe „physikalische Bedeutung“ zu, wenn man sie ganz direkt messen kann und man eine ganz konkrete bildliche Vorstellung dazu hat. Es gibt jedoch immer wieder in der Physik Größen, zu denen es keine offensichtliche „alltägliche“ Vorstellung gibt. Bekanntestes Beispiel ist vermutlich die Energie. Theoretische Physiker schreiben einer Rechenhilfe bestimmt trotzdem große „physikalische“ Bedeutung zu.
 
4
In Lehrbüchern der Theoretischen Physik ist es üblich, die Arbeit und die potentielle Energie mit dem gleichen Symbol W zu bezeichnen. Das dient der leichteren Abgrenzung von der Feldstärke \(\vec {E}\). Hier soll soweit wie möglich und sinnvoll darauf verzichtet werden, um im gesamten Buch konsequent die Energie zu berücksichtigen.
 
5
Die übliche Präposition „zwischen“ genügt nicht, wenn man auch auf das Vorzeichen achten möchte.
 
6
Die Freiheit, diesen Potentialnullpunkt zu wählen, wird Eichfreiheit genannt.
 
7
Ein Beispiel dafür sind Elektronen, die zwischen Elektroden mit der Spannung U beschleunigt werden: Dabei kann das Feld der Elektroden und deren Verschaltung als ein elektromagnetisches System angesehen werden. Die Elektronen sind an dieses System durch ihre Ladung gekoppelt, nehmen die Energie eU auf und speichern sie in der Bewegung ihrer trägen Masse \(\frac{1}{2}mv^2\).
 
8
Legt man eine Spannung U an einen Widerstand R, so fließt ein Strom der Stärke I hindurch gemäß \(U=RI\). Die Spannung U ist der Antrieb von I.
 
9
Die Spannungen \(U_n\) an Bauteilen, die auf Weg \(\alpha \) liegen, bekommen den zusätzlichen Index \(\alpha \), analog auf Weg \(\beta \).
 
10
Näheres zur Wahl der Bezeichnung und zum Energiekonzept allgemein in Abschn. 10.​2.​2.
 
11
Hier wurde bewusst das Verb „ausüben“ gewählt in Analogie zum Ausüben von Kraft. Das Verb „übertragen“ wurde vermieden, da es die Assoziation des übertragens einer mengenartigen Größe fördern könnte.
 
12
Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Wurzel der Temperatur im Drude-Modell beschreibt nicht die gemessene Abhängigkeit und stimmt qualitativ kaum.
 
13
Der Einfachheit halber wurde vernachlässigt, dass es sich bei der Kraft und der Geschwindigkeit um vektorielle Größen handelt.
 
14
Dabei bleibt selbstverständlich immer etwas Wasser übrig, wenn der Antrieb weg ist. In dieser Analogie benötigte man eine vergleichbare Faustregel wie für den idealen Leiter. Das wäre eine perfekte Oberfläche durch beispielsweise den Lotus-Effekt.
 
Literatur
1.
Appel, Thomas et al. 2016. Spektrum Physik S1 Rheinland-Pfalz. Braunschweig: Schroedel.
2.
Backhaus, Udo, et al. 2011a. Fokus Physik Gymnasium Band 1 Hessen. Berlin: Cornelsen.
3.
Backhaus, Udo, et al. 2011b. Fokus Physik Gymnasium Band 2 Hessen. Berlin: Cornelsen.
4.
Bang, Gunter, et al. 2012. Kuhn Physik SI Niedersachsen, Hrsg. Wilfried Kuhn und Rainer Müller. Braunschweig: Westermann.
5.
Barmeier, Marion, und Klaus Hell. 2011. Prisma Physik 7/8 Thüringen. Stuttgart: Klett.
6.
Becker, Sylvia, et al. 2009. Metzler Physik (Bayern), Hrsg. Joachim Grehn und Joachim Krause. Braunschweig: Westermann Schroedel.
7.
Brand, Ruben, et al. 2011. Universum Physik Band 1 Baden-Württemberg, Hrsg. Reiner Kienle und Carl-Julian Pardall. Berlin: Cornelsen.
8.
Bredthauer, Wilhelm, et al. 2009. Impulse Physik Bayern 11. Stuttgart: Klett.
9.
Burde, Jan-Philipp, und Thomas Wilhelm. 2015. „Akzeptanzbefragung zum Elektronengasmodell“. In: PhyDid.
10.
Büttner, Wolf-Ewald. 2011. Grundlagen der Elektrotechnik 1. München: Oldenburg.
11.
Demtröder, Wolfgang. 2006. Experimentalphysik 2 – Elektrizität und Optik. Berlin: Springer.
12.
Feldmann, Christian, et al. 2014. Impulse Physik 2 – Nordrhein-Westfalen. Stuttgart: Klett.
13.
Fließbach, Torsten. 2012. Elektrodynamik – Lehrbuch zur Theoretischen Physik II. Berlin: Springer Spektrum.
14.
Fösel, Angela, et al. 2006. Fokus Physik 8 (Bayern). Berlin: Cornelsen.
15.
Gau, Barbara, und Lothar Meyer. 2012. Physik Gymnasium Mecklenburg-Vorpommern 7./8. Schuljahr. Berlin: Duden Paetec.
16.
Griffiths, David J. 2013. Introduction to electrodynamics. Boston: Pearson.
17.
Halliday, David, Robert Resnick, und Jearl Walker. 2009. Halliday Physik. Weinheim: Wiley-Vch.
18.
Härtel, H. 2012. „Spannung und Oberflächenladung“. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 61:8–16.
19.
Herrmann-Rottmair, Ferdinand, et al. 2009. Physik Gymnasium Bayern. Berlin: Duden Paetec.
20.
Hewitt, Paul G. 2014. Conceptual physics. Essex: Pearson Addison-Wesley.
21.
Jackson, John David. 1962. Classical electrodynamics. New York: Wiley.
22.
Kircher, Ernst, Raimund Girwidz, und Peter Häußler. 2010. Kap. Modellbegriff und Modellbildung in der Physikdidaktik. In „Physikdidaktik – Theorie und Praxis“, Hrsg. Ernst Kircher, Raimund Girwidz, und Peter Häußler, 735–762. Berlin: Springer.
23.
24.
Liebers, Klaus, et al. 2014. Physik Plus Gym Sachsen-Anhalt 7/8, Hrsg. Helmut F. Mikelskis und Hans-Joachim Wilke. Berlin: Cornelsen.
25.
Meschede, Dieter. Hrsg. 2010. Gerthsen Physik. Berlin: Springer.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
Muckenfuß, Heinz, und Adolf Walz. 1997. Neue Wege im Elektrikunterricht. Köln: Aulis.
32.
Müller, R. Hrsg. 2016. Dorn/Bader Physik Gymnasium 7/8. Braunschweig: Schroedel.
33.
Müller, R. 2012. „Was ist Spannung?“ Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 61:8–16.
34.
35.
Raith, Wilhelm. 2006. Bergmann/Schaefer – Lehrbuch der Experimentalphysik – Bd. 2 Elektromagnetismus. Berlin: de Gruyter.
36.
von Rhöneck, Christoph. 1986. „Vorstellungen vom elektrische Stromkreis (und zu den Begriffen Strom, Spannung und Widerstand)“. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik/Chemie 34(13):10–14.
37.
Schecker, Horst, et al., Hrsg. 2018. Schülervorstellungen und Physikunterricht. Berlin: Springer Spektrum.
38.
39.
40.
Strunk, Christoph. 2014. Moderne Thermodynamik – Von einfachen Systemen zu Nanostrukturen. Oldenburg: De Gruyter.
41.
42.
Tipler, P.A., und Gene Mosca. 2015. Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, Hrsg. Jenny Wagner. Berlin: Springer Spektrum.
Metadaten
Titel
Elektrisches Potential und Spannung
verfasst von
Andreas Helzel
Copyright-Jahr
2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Elektrodynamik an Schule und Hochschule

Print ISBN: 978-3-662-61841-7

Electronic ISBN: 978-3-662-61842-4

Copyright-Jahr: 2020

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-61842-4_3

Neuer Inhalt

    Bildnachweise