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© Horst Hübel Würzburg 2005 - 2013

Spannungsbegriffe - Übersicht

Spannungsdefinition

Vorteil

Nachteil

Spannung als Ursache für einen Strom

unterstützt Präkonzepte der Schüler (und Lehrer) Ein Strom braucht keine Ursache, wie viele Beispiele zeigen (z.B. Supraleiter). Das ist Aristotelische Denkweise! Nur zum Aufrechterhalten eines Stroms bei Anwesenheit von Widerständen wird eine Spannung benötigt (Energie-Ersatz).

Übersieht, dass in vielen Fällen die Spannung die Folge eines Stroms ist (Spannungsabfall)

Spannung als "Pumpenstärke" einer Stromquelle

klare Eigenschaft einer Stromquelle; geeignet für propädeutische Einführungen, kann elementare Einsichten über den Stromkreis vermitteln, z.B. dass Strom und die damit verbundenen Ladungen immer im Kreis herum fließen, angetrieben durch die Stromquelle. nur vorläufig, unvollständig und nur als Eigenschaft einer Stromquelle anwendbar, aber hier nicht falsch

Spannung als spezifische Trennarbeit (Trennarbeit pro Ladungsmenge)

. In speziellen Fällen anwendbar, leider nicht da, wo es vermeintlich gebraucht wird. Wo anwendbar, kann die oberflächliche und z. T. falsche Lehrplan/Schulbuch- Argumentation richtig gestellt werden, wenn in die Definition eine infinitesimale Ladung eingeht; das macht die Definition kompliziert . Trennarbeit pro Ladung würde beim geladenen Kondensator z.B. nur die halbe Spannung ergeben.

Was bedeutet im Stromkreis "Ladungstrennung" überhaupt? Ionisation? Oder räumliche Trennung (also "Verschiebung") der beiden bereits getrennten Ladungssorten? Und in einem Plasma etwa, wie auch einem Metall, werden beide Ladungssorten bei Stromfluss gegeneinander verschoben, aber nie getrennt: Gibt es hier eine Trennarbeit?

Bei der Induktion entsteht in einer geschlossenen Schleife aus einem guten Leiter (Metall) ein Induktionsstrom und eine Induktionsspannung, nie aber eine Ladungstrennung, weil die positive und negative Ladungsdichte an einem Ort für sich immer konstant bleiben!

Spannung als spezifische potenzielle Energie

(potenzielle Energie pro Ladungsmenge)

in der Elektrostatik richtig; nur hier verallgemeinerungsfähig für Spannung zwischen 2 Punkten im Vakuum nur anwendbar, wenn eine Ladung potenzielle Energie besitzt, wenn also ein Potenzialfeld vorliegt, also etwa in der Elektrostatik, nicht beim stationären Stromkreis oder der Induktion.

Wirft bereits bei einem einfachen Stromkreis mit einer Wechselspannungsquelle schwierige Probleme auf:

  • Wie kommt nach dem Umpolen die (potenzielle?) Energie einer Ladung vom früheren positiven Pol zu einer Ladung am jetzigen positiven Pol?
  • Wie holen sich die Ladungen nahe dem  neuen positiven Pol ihre (potenzielle?) Energie von der Stromquelle ab, obwohl sie niemals dorthin gelangen?

Bei Vorliegen einer Ringspannung (Induktion, stationärer Stromkreis) spielt eine Potenzialdifferenz keinerlei Rolle, selbst wenn es sie geben sollte: Bei einer geschlossenen Kurve würde sie immer die Verschiebungsarbeit 0 verrichten: ständige Erzeugung von Stromwärme wäre unmöglich.

Spannung als Potenzialdifferenz

in der Elektrostatik richtig, wie Zeile zuvor wie Zeile zuvor;

nicht anwendbar bei der Induktion oder einem stationären Stromkreis;

versagt bereits bei einem einfachen Stromkreis mit einer Wechselspannungsquelle

Spannung als spezifische Verschiebungsarbeit (DIN 1324)

(Verschiebungsarbeit pro Ladungsmenge)

korrekt und allgemein anwendbar, sogar bei Vorliegen einer Ringspannung setzt Begriff der Arbeit voraus

Spannung als Folge eines Stroms (Spannungsabfall)

korrekt, wo anwendbar (Spannungsabfall) nicht allgemein anwendbar

Ringspannung (Umlaufspannung)

korrekt, wo anwendbar (stationärer Strom und Induktion) spielt keine Rolle  in der Elektrostatik, aber notwendig für stationären Strom und Induktion

EMK

korrekt, wo anwendbar, wie Zeile zuvor Name irreführend, Übereinstimmung mit Ringspannung nicht offensichtlich