Die elektrische Spannung

Das Beispiel des Blitzes deutet es schon an: Elektrische Spannungen treten auf, wenn elektrisch geladene Körper (hier sind es die Erde und die Wolken) in einer gewissen Entfernung voneinander stehen. Betrachten wir anstelle des komplizierten "Versuchsaufbaus" aus Wolkendecke und Erdboden zwei parallele metallene Platten, die in einem Abstand d voneinander stehen. Die eine dieser Platten sei positiv geladen, die andere negativ. Eine solche Anordnung bezeichnet man als Kondensator. Zwischen den Platten dieses Kondensators verläuft ein elektrisches Feld, dessen Feldlinien (fast) parallel von einer Platte zur anderen verlaufen und das überall die gleiche Feldstärke hat.

Denk dir nun ein negativ geladenes Teilchen, das die Ladung Q (zum Beispiel 0,1 C) trägt und das von der positiv geladenen Platte zur negativ geladenen transportiert werden soll. Dafür muss die Arbeit W verrichtet werden, denn das Teilchen wird wegen seiner negativen Ladung von der positiv geladenen Platte angezogen und von der negativ geladenen abgestoßen. Für ein Partikel mit der doppelten Ladung 2Q (in unserem Beispiel also 0,2 C) muss für den gleichen Weg die doppelte Arbeit verrichtet werden, weil auch die elektrischen Kräfte, die an dem Teilchen angreifen, doppelt so groß sind. Dividiert man nun die Arbeit W, die man gegen das elektrische Feld aufbringen muss, durch die Größe der Ladung Q, die man bewegt, so bekommt man eine Größe U, die nicht mehr von der betrachteten Ladung abhängt, die also charakteristisch für den Versuchsaufbau der geladenen Metallplatten ist:

Diese Größe U ist die elektrische Spannung; sie ist, ähnlich wie die mechanische Federspannung bei einer gedehnten Spiralfeder, ein Maß für die elektrische Energie, die im Aufbau der beiden geladenen Kondensatorplatten gespeichert ist. Die Einheit der Spannung ist das Volt mit dem Kurzzeichen V. Die Formel oben zeigt, dass

gelten muss. Ganz ähnlich, wie die in der Dehnung der Feder gespeicherte Energie in Bewegungsenergie umgesetzt werden kann (indem man die Feder zusammenschnellen lässt), kann auch die elektrische Energie, die ein negativ geladenes Teilchen in der Nähe der negativen Kondensatorplatte infolge der elektrischen Spannung gespeichert hat, in kinetische Energie verwandelt werden: Lässt man das Teilchen los, so wird es in geradlinig beschleunigter Bewegung zur positiven Kondensatorplatte sausen.

Das erklärt auch, weshalb in einem geschlossenen Stromkreis ein Strom zu fließen beginnt, sobald eine Spannung anliegt. Strom ist nichts anderes als eine Vielzahl kleiner beweglicher elektrischer Ladungen, die infolge einer elektrischen Kraft entlang des Leiters strömen.