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Lerninhalt – GRUNDLAGEN ELEKTROTECHNIK Elektrische Grundgrößen Potenzial, Potenzialdifferenz Kennen sie den Begriff Potenzial? Zum besseren Verständnis ein Vergleich: Sie heben eine Masse vom Potenzial des Fußbodens auf das Potenzial der Tischfläche. Dafür müssen sie eine Kraft aufbringen. Ihre erbrachte Arbeit ist von der Höhendifferenz (Potenzialdifferenz) und von der Kraft abhängig. Potenzial hat also mit einem Zustand zu tun, welcher durch Arbeit erreicht wird. In der Mechanik ist das Potenzial als Arbeit definiert. In der Elektrizitätslehre ist der Begriff Potenzial, als die, auf die Ladungseinheit bezogenen Arbeit definiert. P5 P6 Qp Qp P2 P3 F1 Q1 P1 P10 Q P4 P9 P8 P7 Denken wir uns einen ortsfesten beliebig positiv geladenen Körper Q. Von diesen geht überall hin, ein, eine Kraft verursachendes Feld aus. Bringen wir an einen Punkt P1 ein frei bewegliches Teilchen mit der positiven Ladung Q1 von 1 Coulomb, wird dieses mit der Kraft F1 von dem geladenen Körper Q abgestoßen. Das Teilchen mit der Ladung Q1 wird sich solange vom Körper Q fortbewegen, bis es sich in der Unendlichkeit verliert. Die Kräfte des Körpers mit der Ladung Q erbringen am Teilchen mit der Ladung Q1 Arbeit. Wenn wir umgekehrt das Teilchen aus der Unendlichkeit wieder an den ursprünglichen Punkt P1 heranführen, müssen wir eine ganz bestimmte Arbeit gegen die abstoßenden Kräfte des Körpers leisten. Diese Arbeit ist völlig unabhängig vom Weg auf welchen wir das Teilchen zurückführen immer die gleiche. Bringen wir das Teilchen nicht zum Ort P1 sondern zu einem beliebigen anderen Ort P2 oder P3, müssen wir eine für jeden Ort typische andere Arbeit leisten. Diese Arbeit hängt nicht nur von der Lage des Ortes ab, sondern auch von den Kräften welche vom Körper mit der Ladung Q verursacht werden. Je größer die Kräfte sind, umso größer ist die erforderliche Arbeit. Die so bestimmte Arbeit (in unserem Beispiel wurde sie für ein Teilchen mit der Ladungseinheit von 1C bestimmt) wird als das Potenzial im Punkt P bezeichnet. Die Einheit des Potentials ergibt sich aus der Einheit der Arbeit (1J) und der Einheit der Ladung (1C) , in Volt (1V). Wir können sagen: In jedem Punkt P im Raum um eine Ladung Q ist ein bestimmtes Potential φ. Das Potential φ wird in Volt gemessen. Der Potenzialunterschied zwischen zwei willkürlich gewählten Raumpunkten P2 und P3 ergibt sich aus dem Arbeitsaufwand der erforderlich war die Probeladung Qp von P2 zu P3 zu bringen. Die Einheit des elektrischen Potentials ergibt sich als Quotient aus der Arbeitseinheit Joule und der Ladungseinheit Coulomb. 1J / 1C = 1V. Unter dem elektrischen Potenzial bezogen auf einen willkürlich gewählten Nullpunkt verstehen wir die Arbeit die aufgewendet werden musste, um die positive Ladungseinheit von diesem willkürlich gewählten anderen Ort an diese Stelle zu bringen. Das elektrische Potenzial ist in der Praxis nur von geringem Interesse. Bedeutung hat der Potenzialunterschied zwischen zwei Punkten. Der Potenzialunterschied zwischen φ2 und φ1 ist die elektrische Spannung U. Die abgeleitete Einheit des elektrischen Potenzials ist das Volt. U21 φ2 φ1 Potenzialunterschied, Spannung Höheres Potenzial Niederes Potenzial V V V U21 = φ2 ─ φ1 Je näher wir mit dem Teilchen dem geladenen Körper kommen, umso größer wird die Kraft und umso größer der erforderliche Arbeitsaufwand. Das Potenzial ist umso größer, je näher wir dem geladenen Körper sind. Je weiter wir uns mit dem Teilchen entfernen, umso kleiner wird das Potenzial. Es wird rund um den Körper eine Vielzahl von Punkten mit gleichem Potenzial geben. Diese können wir uns zu einer Äquipotenzialfläche vereinigt denken. Ein frei bewegliches Teilchen wird sich unter dem Einfluss der Kräfte immer von einem Ort höheren Potenzials, zu einem Ort niederen Potenzials bewegen. Der Potentialbegriff wird auch auf die elektronischen Schaltungen angewendet. Es wird jedem Punkt in der Schaltung ein Potential zugemessen. Für eine Potentialmessung wird ein Spannungsmesser verwendet. Das Vorzeichen in der Anzeige des Messwerts liefert die Aussage, ob das Potential gegenüber dem Bezugsniveau (Bezugspunkt) positiv oder negativ ist. R4 U4 R3 U3 R2 U2 R1 U1 4V R4 3V R3 U3 -1V -2V 2V 1V U4 R2 - V+ R1 - V+ U2 U1 -3V R4 U4 R3 U3 R2 U2 R1 -4V 3V 2V 1V - V+ U1 -1V Je nach Wahl des Bezugspunktes können die Messwerte an den Messpunkten positive oder negative Werte haben. www.bin-br.at (Ba) 06.04.2017 13:04 1 257798948
