Spannung, elektrische Potentialdifferenz, elektromotorische Kraft-EMK, elektrischer Druck oder elektrische Spannung ist die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten, die (in einem statischen elektrischen Feld) als die Arbeit definiert ist, die pro Ladungseinheit benötigt wird, um eine Testladung zwischen den beiden Punkten zu bewegen. Im Internationalen Einheitensystem ist die abgeleitete Einheit für Spannung (Potentialdifferenz) wird als Volt bezeichnet.: 166 In SI-Einheiten wird die Arbeit pro Ladungseinheit als Joule pro Coulomb ausgedrückt, wobei 1 Volt = 1 Joule (Arbeit) pro 1 Coulomb (Ladung). Die alte SI-Definition für Volt verbrauchte Leistung und Strom; Ab 1990 wurden der Quanten-Hall- und der Josephson-Effekt verwendet, und kürzlich (2019) wurden grundlegende physikalische Konstanten für die Definition aller SI-Einheiten und abgeleiteten Einheiten eingeführt. : 177f, 197f Spannung oder elektrische Potentialdifferenz werden symbolisch mit ∆V, vereinfachtem V oder U bezeichnet, beispielsweise im Zusammenhang mit den Ohmschen oder Kirchhoffschen Schaltungsgesetzen.
Elektrische Potentialdifferenzen zwischen Punkten können physikalisch durch Aufbau oder Ungleichgewicht elektrischer Ladung verursacht werden (z. B. bekannte „statische“ und elektronisch Kondensator) auch durch elektrischen Strom durch ein Magnetfeld und durch zeitlich veränderliche Magnetfelder (z. B. Dynamo oder Generator) oder eine Kombination dieser drei. Darüber hinaus kann auf makroskopischer Ebene eine Potenzialdifferenz durch petrochemische Prozesse (Zellen und Batterien) sowie durch druckinduzierte piezoelektrische Effekte und wärmeinduzierte EMK an Metallverbindungen verursacht werden. Diese letztgenannten Prozesse auf mikroskopischer Ebene haben die zuvor erwähnten physikalischen Ursprünge. Mit einem Voltmeter kann die Spannung (oder Potenzialdifferenz) zwischen zwei Punkten in einem System gemessen werden. Als einer der Punkte wird häufig ein gemeinsames Bezugspotential wie die Masse der Anlage verwendet. Eine Spannung kann entweder eine Energiequelle (elektromotorische Kraft) oder verlorene, verbrauchte oder gespeicherte Energie (Potenzialabfall) darstellen.
Definition
Es gibt mehrere nützliche Möglichkeiten, die Spannung zu definieren, einschließlich der am Anfang dieser Seite erwähnten Standarddefinition. Es gibt auch andere nützliche Definitionen für Arbeit pro Gebühr (siehe diesen Abschnitt).
Die Spannung ist so definiert, dass negativ geladene Objekte in Richtung gezogen werden höhere Spannungen, während positiv geladene Objekte zu niedrigeren Spannungen gezogen werden. Daher ist der herkömmliche Strom in einem Draht oder Widerstand fließt immer von höherer Spannung zu niedrigerer Spannung.
In der Vergangenheit wurde Spannung unter Verwendung von Begriffen wie "Spannung" und "Druck" bezeichnet. Noch heute wird der Begriff „Spannung“ verwendet, beispielsweise innerhalb des Ausdrucks „Hochspannung“ (HT), der üblicherweise in der Elektronik auf Basis von thermionischen Ventilen (Vakuumröhren) verwendet wird.