2 Elektrische Spannung

2
2 Elektrische Spannung
Elektrische Spannung ist ein zentraler Begriff der Elektrotechnik mit vielen Aspekten. In
diesem Kapitel soll die elektrische Spannung hauptsächlich als eine aus der Energietransportaufgabe des Stromkreises abgeleitete elektrotechnische Größe eingeführt und
ihr Zusammenhang mit dem messtechnisch wichtigen Begriff des elektrischen Potenzials
entwickelt werden.
2.1
Energietransportaufgabe des Stromkreises
Ein Stromkreis, wie in Bild 2.1 gezeigt, stellt ein geschlossenes elektrisches System dar,
das aus einem Erzeuger (Energiequelle), einer Übertragungsleitung und einem Verbraucher (Energiesenke) besteht und der Energieübertragung dient. Das System funktioniert
als geschlossener Wirkungskreislauf. Erzeuger und Verbraucher sind Umformorte für
Energie. Im Erzeuger wird zugeführte nichtelektrische Energie in elektrische Energie
umgeformt. Im Verbraucher wird die elektrische Energie in gewünschte nichtelektrische
Energie umgewandelt, womit der Stromkreis seine Energietransportfunktion erfüllt hat.
Der Vorgang der Energieumwandlung in den Umformorten wird in der Physik als verrichtete Arbeit bezeichnet.
Bild 2.1 Energieübertragung im Stromkreis durch das elektrische Feld
o Bewegungsrichtung der Ladungsträger
Wzu zugeführte nichtelektrische Energie
Wab abgegebene nichtelektrische Energie
HL Hinleitung
RL Rückleitung
Wel übertragene elektrische Energie
9
D. Zastrow, Elektrotechnik, DOI 10.1007/978-3-658-03381-1_2,
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2014
10
2
Elektrische Spannung
Die Übertragung elektrischer Energie in Stromkreisen ist nicht mechanisch anschaulich,
sondern nur modellhaft erklärbar. Als Denkmodell verwendet man das bereits eingeführte elektrische Feld, unter dessen Einfluss sich vorhandene Ladungsträger in elektrischen Leitern bewegen können. Im Bild 2.2 ist das elektrische Feld durch Feldlinien
dargestellt. Ein elektrisches Feld besteht im Erzeuger, im Verbraucher und innerhalb
sowie zwischen den Übertragungsleitungen als energieerfüllter Raum. Elektrische Felder
in Stromkreisen müssen erzeugt und aufrecht erhalten werden, das ist die Aufgabe der
Erzeuger, die auch als Energiequellen (kurz: Quellen) bezeichnet werden. In Bild 2.2 ist
schematisch dargestellt, dass in einer elektrischen Energiequelle eine eingeprägte ladungstrennende Kraft Fe auf die Ladung + Q wirkt. Dabei wird unter Aufwand von
nichtelektrischer Energie an einer Stelle ein Überschuss positiver Ladungen (Pluspol)
und damit an anderer Stelle ein gleich großer Überschuss negativer Ladungen (Minuspol) erzeugt. Im Falle der zunächst unbelasteten Quelle (keine Stromentnahme) verschieben sich unter dem Einfluss der eingeprägten Kraft Fe die beweglichen Ladungsträger, sodass als Gegenwert für die energieaufwändige Ladungstrennung ein entgegenwirkendes elektrisches Feld mit der Feldstärke E entsteht, in dem ein Arbeitsvermögen
(Energie) gespeichert ist. Das erzeugte elektrische Feld übt gemäß Gl. (1.1) eine Gegenkraft F auf die Ladungsträger aus. Die Ladungtrennung und damit auch die Felderzeugung wird soweit fortgesetzt, bis die Gegenkraft F auf den Betrag der eingeprägten ladungstrennenden Kraft Fe angewachsen ist. Das Arbeitsergebnis der Ladungstrennung
ist das zwischen dem Pluspol und Minuspol der Quelle bestehende elektrische Feld, das
auf Grund der Übertragungsleitung des Stromkreises den Verbraucher erreicht und
somit auch dort bereitsteht. (Die Annahme einer eingeprägten ladungstrennenden Kraft
Fe wirkt etwas theoretisch, hat aber den Vorteil, den dahinter stehenden speziellen physikalischen Vorgang der Ladungstrennung nicht erklären zu müssen.)
Der Verbraucher stellt für die Ladungsträger eine Rückflussmöglichkeit dar. Im elektrischen Feld des Verbrauchers übt die elektrische Feldstärke E eine Kraft F auf die Ladung
+ Q aus und wirkt auf diese beschleunigend und damit energiezuführend. In Verbrauchern, die elektrische Energie in Wärmeenergie umformen, treffen die beschleunigten
Ladungsträger bei ihrer Bewegung auf Atomrümpfe des Materials, die sich als abbremsende Hindernisse erweisen, sodass in diesen Verbrauchern kinetische Energie von Teilchen durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das elektrische Feld verrichtet
an der elektrischen Ladung + Q gegen den „Widerstand“ des Verbrauchers eine Verschiebungsarbeit W und erleidet dabei gleichzeitig einen Energieabbau durch den Ladungsausgleich.
Im Bild 2.2 wird jedoch davon ausgegangen, dass in einem geschlossenen Stromkreis das
elektrische Feld andauernd erhalten bleiben soll. Die Erfüllung dieser Forderung verlangt, dass die fortlaufende Energieabgabe des Feldes im Verbraucher durch ständige
Energiezufuhr in der Quelle ausgeglichen wird. Damit ist denknotwendig verbunden
eine ständige Bewegung von Ladungsträgern im gesamten Stromkreis, und zwar im
Erzeuger gegen die Feldrichtung unter Energiezufuhr und im Verbraucher in Feldrichtung unter Energieabgabe.
2.2
Spannung als Kennwert eines Arbeitsvermögens
11
Bild 2.2 Denkmodell zur Energieübertragung mittels bewegter Ladungsträger im elektrischen
Feld
Insgesamt gesehen wird also keine Energie gewonnen oder verloren, der Stromkreis
übernimmt nur die Rolle der Energieübertragung zwischen räumlich getrennten Energieumformorten. Im Denkmodell werden zu seiner Übereinstimmung mit der noch einzuführenden Stromrichtungsfestlegung positive Ladungsträger + Q verwendet, obwohl in
metallischen elektrischen Leitern nur die negativ geladenen Elektronen als bewegliche
Ladungsträger zur Verfügung stehen.
2.2
Spannung als Kennwert eines Arbeitsvermögens
Der Energietransport in Stromkreisen wurde zuvor mit dem Denkmodell Ladungsträgerbewegung in elektrischen Feldern erklärt und die dabei in Erzeugern und Verbrauchern stattfindende Energieumformung als verrichtete Arbeit bezeichnet. Für Erzeuger
und Verbraucher wird eine messbare elektrische Größe benötigt, die mit der verrichteten
Arbeit wesensverwandt aber unabhängig von der transportierten Ladungsmenge ist.
Man erhält diesen Kennwert dadurch, dass man die verrichtete Arbeit W durch die
transportierte Ladungsmenge Q teilt und definiert diese abgeleitete Größe als elektrische
Spannung U.
Spannung
verrichtete Arbeit beim Transport der Ladungsmenge
Ladungsmenge
Die Spannung wird sich in der Folge als eine außerordentlich nützliche elektrotechnische
Grundgröße erweisen, so steht sie z. B. im Stromkreis in einem funktionalen Zusammenhang mit der Stromstärke. Die Spannungsangabe auf dem Typenschild von Erzeugern und Verbrauchern (sogenannte Nennspannung) ist ein geeigneter Kennwert, um zu
entscheiden, ob bestimmte Erzeuger und Verbraucher überhaupt direkt zusammen geschaltet werden dürfen.
Da in Stromkreisen mehrere Energieumformstellen vorhanden sein können, an denen
Arbeit verrichtet wird, kann die Spannung U durch Angabe von Indizes genau spezifiziert werden.
12
2
Elektrische Spannung
Definitionsgleichung:
U12
W12
Q
Einheit 1 V
1 Ws
1 As
(2.1)
In Worten: Die Definition drückt die energiemäßige Bedeutung des Spannungsbegriffs
aus. Die elektrische Spannung U12 ist gleich der von der Ladungsmenge Q auf ihrem
Weg von Punkt 1 nach Punkt 2 im Stromkreis verrichteten Arbeit W12, die als Betrag
einer umgeformten Energiemenge zu verstehen ist. Die Einheit der elektrischen Spannung heißt Volt. Die Spannung U = 1 V (Volt) bedeutet hier, dass eine transportierte
Ladungsmenge Q = 1 As (Amperesekunde) eine elektrische Arbeit von W = 1 Ws (Wattsekunde) verrichtet, d. h. in andere Energie umformt. In Gl. (2.1) sind die Größen U12
und W12 vorzeichenbehaftet zu verwenden, da bei W12 unterschieden werden muss, ob
bei der Arbeit Energie frei wird oder aufzuwenden ist.
Beispiel
Ein Nickel-Cadmium-Akku mit dem etwas unleserlich gewordenen Aufdruck
600 mAh, 1,2 V Mignon/AA versorge das Handgerät eines schnurlosen Telefons mit
Energie. Während eines Telefonats habe der Akku den Ladungsmengenteil 'Q = 36 C
(36 As) durch den Verbraucher (Handgerät) bewegt und dabei den Energiemengenanteil 'W12 = 43,2 Ws mitgeliefert. Nur ein Viertel dieser Energiemenge wird in
elektromagnetische Sendeenergie der Frequenz 1.890 MHz umgewandelt, den Rest
braucht die Elektronik des Handgerätes zur Ausführung ihrer Funktion und wandelt
ihn dabei in Wärme um.
Welche Energiemenge kann der NiCd-Akku theoretisch an den Verbraucher abgeben?
Lösung:
U12
ΔW12
ΔQ
43,2 Ws
36 As
1,2 V (Spannung am Verbraucher und Kennwert des NiCd-Akkus)
W12, ges = U12 ˜ Qges = 1,2 V ˜ 600 mAh = 0,72 Wh (Index 1 für Pluspol, Index 2 für Minuspol)
Zur Erklärung für den Begriff Spannungsabfall auf Leitungen werde das Bild 2.3 betrachtet, das ein Leitungsstück als Ausschnitt aus einem Stromkreis zeigt. Eine Ladungsmenge
+ Q wird unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes von Querschnitt 1 nach Querschnitt 3 gegen den „Widerstand“ des Leiters verschoben.
Die Verschiebearbeit errechnet sich nach allgemeiner physikalischer Vorstellung aus
dem Produkt „Kraft mal Weg“:
W13 = F ˜ s
2.3
Spannung als Potenzialdifferenz
13
Bild 2.3 Spannungsabfall U13 längs einer Leitung steht für den Energiebedarf beim Ladungstransport von Stelle 1 nach Stelle 3
Darin ist die Kraft F die auf die Ladung Q wirkende Feldkraft und der Weg s ist die zu
überwindende Wegstrecke. Setzt man die vom elektrischen Feld geleistete Verschiebearbeit mit der Ladungsmenge ins Verhältnis, so erhält man:
F ˜s
Q
W13
Q
U13
Man nennt U13 den Spannungsabfall längs einer Leitung zwischen den Punkten 1 und 3.
Der Spannungsabfall drückt also den Energieaufwand für die Bewegung der Ladung
durch den Leitungsabschnitt aus. Im Allgemeinen wird der Begriff Spannungsabfall in
der Elektrotechnik dazu verwendet, um darauf aufmerksam zu machen, dass dieser
Spannungsbetrag an anderer Stelle des Stromkreises fehlt. Später wird noch gezeigt, dass
sich ein Spannungsabfall auch mit dem Ohm’schen Gesetz berechnen lässt.
2.3
Spannung als Potenzialdifferenz
Das elektrische Feld als Denkmodell soll nun um den messtechnisch wichtigen Begriff
des Potenzials erweitert werden, dessen Voraussetzung die willkürliche Annahme einer
Bezugsebene im elektrischen Feld ist. Ausgehend von einem Nullniveau kann wesentlichen Stellen des elektrischen Feldes direkt eine energiemäßige Bedeutung zugeschrieben
werden, die man Potenzial nennt.
Das Potenzial M an einer Stelle des elektrischen Feldes entspricht der Maßzahl nach jener
Energie W, welche die Ladungsmenge Q = 1 As an der betreffenden Stelle gegenüber
dem Bezugsniveau aufweist.
M
W
Q
Einheit
1 Ws
1 V (Volt)
1 As
(2.2)
Das Potenzial ist eine direkt messbare ortsabhängige, richtungsfreie (skalare) Größe und
stellt ein von der Ladungsmenge unabhängiges Energiemaß des elektrischen Feldes dar.
Die Ortsabhängigkeit des Potenzials im elektrischen Feld wird verständlich, wenn man
sich mit obiger Definition ein Potenzialflächenmodell als Ergänzung des Feldmodells
14
2
Elektrische Spannung
bildet. Verbindet man Punkte gleichen Potenzials, so entstehen Niveauflächen gleichen
Potenzials. Diese heißen Äquipotenzialflächen und werden in der Zeichenebene als
Äquipotenziallinien dargestellt (s. Bild 2.4). Bei gleichmäßiger Verteilung der Energie im
elektrischen Feld spricht man von einem homogenen Potenzialfeld, dessen Äquipotenziallinien dann überall gegeneinander den gleichen Abstand haben und senkrecht zu den
Feldlinien stehen.
ϕ4 = + 80 V
ϕ3 = + 60 V
ϕ2 = + 40 V
Q=1mC
ϕ1 = + 20 V
ϕ0 =
0V
Wpot = + Q · ϕ4 = 80 mWs
Wpot = + Q · ϕ3 = 60 mWs
Wpot = + Q · ϕ2 = 40 mWs
Wpot = + Q · ϕ1 = 20 mWs
Wpot = 0 (Nullni veau)
Bild 2.4 Elektrisches Feld mit Feldlinien (senkrecht) und Äquipotenziallinien (waagerecht)
So wie jeder Masse im bestehenden Schwerkraftfeld der Erde eine potenzielle Energie
(Lageenergie) zugeordnet werden kann, wird der Ladung + Q im bestehenden elektrischen Feld an der Stelle des Potenzials M die potenzielle Energie
Wpot = + Q ˜ M
zugemessen. In Analogie zu der Erfahrung, dass Massen sich von Stellen höherer Lageenergie zu Stellen geringerer Lageenergie in Bewegung setzen wollen, erklärt man sich
auch anschaulich den Strömungsmechanismus von elektrischen Ladungen in Stromkreisen: In Verbrauchern bewegen sich positive Ladungsträger unter Energieabgabe von
Punkten höheren Potenzials zu Punkten tieferen Potenzials, während sie in Erzeugern
unter Energieaufwand von Stellen tieferen Potenzials zu Stellen höheren Potenzials
transportiert werden müssen.
Es soll nun gezeigt werden, welche Beziehung zwischen dem bereits eingeführten Spannungsbegriff und dem neuen Potenzialbegriff besteht:
Die Ladungsmenge + Q bewege sich unter dem Einfluss eines konstanten elektrischen
Feldes vom Punkt 1 zum Punkt 2 des Stromkreises. Die potenzielle Energie der Ladung
+ Q an der Stelle des Potenzials M1 ist gegenüber der Bezugsstelle M0
W1 = + Q ˜ M1
und an der Stelle des Potenzials M2
W2 = + Q ˜ M2,
dabei sei
M1 > M2
demnach auch
W1 > W2.
2.3
Spannung als Potenzialdifferenz
15
Das elektrische Feld gibt durch die Bewegung der Ladung + Q auf dem Wege vom höheren Potenzial M1 zum tieferen Potenzial M2 Energie ab, es arbeitet! Der Betrag der verrichteten Arbeit berechnet sich aus:
W12 =W1 – W2
W12 = Q ˜ M1 – Q ˜ M2
W12 = Q ˜ (M1 – M2)
Das heißt, die vom Feld abgegebene Arbeit W12 ist abhängig von der bewegten Ladungsmenge + Q und der Differenz der beiden Potenziale M1 – M2. Diese Potenzialdifferenz M1 – M2 ist identisch mit der Spannung U12:
W12
Q
U12
M1 M2
(2.3)
In Worten: Die rechte Seite der Gl. (2.3) zeigt, dass Spannung gleich Potenzialdifferenz
ist. Die linke Seite der Gl. (2.3) erklärt die energiemäßige Bedeutung des Spannungsbegriffs, die besagt, dass bei jedem Ladungstransport ein Energiebetrag umgesetzt, d. h.
Arbeit verrichtet wird. In Definition Gl. (2.3) sind die Vorzeichen der Größen zu beachten. Wird beim Transport der Ladungsmenge + Q Energie frei, so ist W12 positiv, ist
jedoch Energie aufzuwenden, so ist W12 negativ einzusetzen. Das hat Auswirkungen auf
das Vorzeichen der Spannung U12, was bedeutet, dass die durch die Indizes festgelegt
Richtung der Spannung (Pfeilrichtung) mit einem positiven oder negativen Spannungswert verbunden sein kann. So bedeutet beispielsweise eine Spannung U12 = M1 – M2 =
– 50 V, dass das Potenzial M1 um 50 V unter M2 liegt, unabhängig davon, ob das Potenzial
von M2 selbst positiv oder negativ ist!
Beispiel
Die Ladung Q = 2 mAs wird von einer Stelle 1 des elektrischen Feldes mit dem Potenzial M1 = + 20 V zu einer Stelle 2 transportiert. Dabei muss die Arbeit W12 = 0,44 Ws
„aufgebracht“ werden.
Wie groß sind Potenzial M2 und Spannung U21?
Lösung:
Die Ladungsmenge Q = 2 mAs wird durch die aufgewendete Verschiebearbeit auf ein höheres
Potenzial M2 „gehoben“. Die zwischen M1 und M2 bestehende Potenzialdifferenz ist die Spannung U12, die sich gemäß Definition Gl. (2.3) errechnen lässt. Das Vorzeichen der Arbeit W12
ist negativ, da es sich nicht um einen frei werdenden, sondern um einen aufzuwendenden
Energiebetrag handelt.
U12
W12
Q
0,44 Ws
2 mAs
220 V
Ebenfalls nach Definition Gl. (2.3) erhält man das höhere Potenzial M2:
M2 = M1 – U12 = + 20 V – (– 220 V) = + 240 V
16
2
Elektrische Spannung
Die gesuchte Spannung U21 berechnet sich sinngemäß nach Definition Gl. (2.3) aus:
U21 = M2 – M1= + 240 V – (+ 20 V) = + 220 V
U12 und U21 sind die zwischen den Punkten 1 und 2 messbaren Spannungen, sie unterscheiden
sich in ihren Vorzeichen (siehe hierzu auch Kap. 2.5: Potenzial- und Spannungsmessung).
2.4
Potenzialgefälle und Feldstärke
Bisher wurde im Denkmodell „Ladungsträgerbewegung im elektrischen Feld“ der Begriff
der elektrischen Feldstärke E nur dazu verwendet, die auf die Ladung + Q wirkende Feldkraft F zu erklären (siehe Gl. (1.1). Mit diesem Ansatz konnte die Ladungsträgerbewegung im geschlossenen Stromkreis begründet werden. Jetzt lässt das um den Potenzialbegriff erweiterte Denkmodell eine weitere, sehr anschauliche Deutung des Feldstärkebegriffs zu und zeigt zugleich, wie sich in einfachen Fällen die elektrische Feldstärke
messtechnisch leicht ermitteln lässt.
Mit der Einführung eines Bezugspunktes M0 kann jedem Punkt des Stromkreises ein
Potenzial M zugeordnet werden. Die Potenzialdifferenz zweier Stellen im Stromkreis
wurde als elektrische Spannung definiert. Bezieht man die Potenzialdifferenz auf die Leiterlänge zwischen denen sie besteht, so erhält man gemäß Bild 2.5 das sogenannte Potenzialgefälle:
Bild 2.5 Darstellung eines
Potenzialgefälles
Die zeichnerische Darstellung eines Potenzialgefälles in Bild 2.5 veranschaulicht, dass
positive Ladungsträger (+ Q) sich in Feldrichtung bewegen, im Vergleich wie Kugeln, die
einen „Potenzialhang“ hinunter rollen.
Das Potenzialgefälle ist messtechnisch bestimmbar, indem man die Potenzialdifferenz
'M durch eine Spannungsmessung bestimmt und die Länge 's abmisst. Zu ermitteln ist
noch die physikalische Bedeutung des Potenzialgefälles.
2.5
Potenzial- und Spannungsmessung
17
Durch Einsetzen bekannter Beziehungen erhält man:
W
F ˜ Δs
U
F
Q
Q
?Ÿ Ÿ
Ÿ
Ÿ
Q
Δs
Δs
Δs
ΔM
Δs
E
siehe Definition Gl. (1.1)
Ergebnis: Das Potenzialgefälle ist gleich der Feldstärke E des elektrischen Feldes, also gilt:
F
Q
E
'M
Δs
Einheit
1N
V
1
1 As
m
(2.4)
In Worten: Die rechte Seite von Gl. (2.4) zeigt die messtechnische Möglichkeit zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke E: Feldstärke = Spannung pro Leiterlänge. Die
linke Seite der Gl. (2.4) erklärt den Begriff der elektrischen Feldstärke E: Feldstärke =
Feldkraft pro Ladung. Auch die Einheitenbetrachtung zeigt die Gleichwertigkeit der
beiden Quotienten (siehe hierzu im Anhang unter „Einheiten im Messwesen“: 1 Nm =
1 Ws und 1 W = 1 V ˜ 1 A). Das Minuszeichen in der Gleichung soll bewirken, dass sich
für ein Potenzialgefälle eine positive Feldstärke in Richtung der Potenzialabnahme ergibt.
Beispiel
Es ist die Feldstärke E des in Bild 2.5 dargestellten elektrischen Leiters zu berechnen
und eine Regel für das Auffinden der Feldrichtung anzugeben.
Lösung:
U12 = M1 –M2 = (+ 6 V) – (+ 2 V) = + 4 V
's = s1 – s2 = 20 m – 60 m = – 40 m
E
U 12
Δs
4V
40 m
0,1
V
m
Aus den beiden Darstellungen des Bildes 2.5 ist zu ersehen und als Regel zu formulieren:
„Das elektrische Feld, dargestellt durch seine Feldlinien, wirkt immer in Richtung der Potenzialabnahme.“
2.5
Potenzial- und Spannungsmessung
In messtechnischer Betrachtung ist das Potenzial eines Messpunktes im Stromkreis
gleich der Spannung zwischen diesem Punkt und dem Bezugspunkt (A), wenn dessen
Potenzial M0 = 0 V gesetzt wird:
U20 = M2 – M0
U20 = M2, wenn M0 = 0 V
18
2
Elektrische Spannung
Eine Potenzialmessung ist demnach eine Spannungsmessung mit einer besonderen Bezugspunkt-Vereinbarung. Potenzialmessungen werden mit Spannungsmessgeräten
durchgeführt. Ideale Spannungsmesser (siehe Bild 2.6) können belastungslos, d. h. ohne
eine Stromaufnahme zu verursachen (IMess = 0), messen. Man drückt diese Eigenschaft
auch durch einen unendlich hohen Innenwiderstand (Ri = f) aus. Zweckmäßigerweise
sollte der Spannungsmesser auch eine automatische Polaritätsumschaltung und -anzeige
besitzen.
Die mit Null (0) bezeichnete Anschlussbuchse des Spannungsmessers wird für die gesamte Messung mit dem Punkt der Schaltung verbunden, der willkürlich als Bezugspunkt (Masse) gewählt wird. Die mit Volt (V) bezeichnete Anschlussbuchse des Spannungsmessers wird nun nacheinander mit den übrigen Schaltungspunkten verbunden
und die jeweilige Anzeige des Messinstruments am Messpunkt als Potenzial eingetragen.
Die Masse erhält immer den Potenzialwert 0 V, da der Bezugspunkt gegen sich selbst
gemessen logischerweise die Anzeige 0 V ergibt. Die Potenziale einer Schaltung können
je nach Wahl des Bezugspunktes positive oder negative Vorzeichen erhalten. Das Vorzeichen sagt aus, ob der Messpunkt auf einem gegenüber dem Bezugspunkt höheren (+)
oder tieferen (–) Energieniveau liegt.
Beispiel
In einer Reihenschaltung von drei Spannungsquellen (Monozellen) mit je 1,5 V sollen
die Potenziale gemessen werden. Messpunkt B sei Bezugspunkt.
Lösung:
Die gemessenen Potenziale sind an den betreffenden Messpunkten in Bild 2.6 eingetragen.
Bild 2.6 Potenzialmessung: Bestimmung der Potenziale gegenüber einem Bezugspunkt
Eine Spannungsmessung unterscheidet sich von einer Potenzialmessung dadurch, dass
„
zwischen zwei beliebigen Schaltungspunkten ein Spannungswert gemessen werden
kann und das Messergebnis unabhängig von der Wahl des Bezugspunktes ist,
„
zu jeder Messung eine Umkehrmessung möglich ist (Punkt A gegen B und Punkt B
gegen A), die zum gleichen Spannungsbetrag aber entgegengesetzten Vorzeichen
führt.