Als Spannungsquelle kann jedes Gerät oder jedes Bauteil bezeichnet werden, das eine Spannung an eine elektrische Schaltung anlegt. Durch das Anlegen der Spannung an die Schaltung stellt sich über das Ohm’sches Gesetz ein Strom ein, der abhängig vom Widerstand der Schaltung ist. Dieser Sachverhalt wird nochmal auf folgende Abbildung verdeutlicht.
Das grün-schwarze Piktogramm soll dabei für eine AA 1,5V Batterie stehen, die als Spannungsquelle dient und mit einer Glühlampe verbunden ist. Ein Spannungsmessgerät, das die Spannung der Batterie misst, sowie ein Strommessgerät, das den Strom anzeigt, sollen die Schaltung dabei ergänzen. Im unteren Teil des Bildes wird die Glühlampe mit einem Widerstandsmessgerät, das den Innenwiderstand der Glühlampe anzeigt, verbunden.
Die visualisierten Werte können nun durch das ohmsche Gesetz überprüft werden. Die Werte für die Spannung und den Widerstand ergeben den visualisierten gemessenen Stromfluss.
Durch entsprechende mathematische Umformungen des ohmsche Gesetz kann auch die Berechnung der Spannung oder des Widerstands erfolgen.
Der abweichende Schaltungsaufbau, der die Glühlampe durch einen 0,5Ω Widerstand ersetzt, liefert einen Strom, der vom ohmsche Gesetz nicht berechnet werden kann.
Durch dessen Anwendung wird dabei folgender Strom berechnet:
Das Strommessgerät zeigt aber keine 3A, sondern 1,5A an. Ist das Messgerät kaputt, oder stimmt das ohmsche Gesetz nicht? Weder noch – das ohmsche Gesetz gilt immer und das Messgerät ist in diesem Fall auch nicht defekt. Warum nur ein Strom von 1,5A, statt den erwarteten 3A fließt, wird an dieser Stelle nicht erklärt. Reale Spannungsquellen können nicht unendlich viel Strom liefern – egal wie hoch die Spannung ist und egal wie gering der Widerstand ist, eine Spannungsquelle besitzt einen Maximalstrom.
In diesem Fall kann die Spannungsquelle einen Maximalstrom von 1,5A liefern, unabhängig vom eingesetzten Widerstand kann hier nur ein maximaler Strom fließen. Das wird deutlicher, wenn man sich die Formel für die Leistung anschaut:
Eine fiktiv angenommen Batterie, die unendlich viel Strom liefern würde, ergebe für die Leistung einen unendlich großen Wert [ ∞ ] . Physikalisch betrachtet wäre das unmöglich. Es gibt nichts, was unendlich viel Leistung liefert.
Die Wissenschaft unterscheidet Gleichspannung und Wechselspannung. Spannungen mit konstantem Potenital werden dabei als Gleichspannung bezeichnet. Zu den Gleichspannungsquellen zählen z.B. alle Arten von Batterien, teilweise auch Labornetzgeräte, bei denen die Spannung auf einen festen Wert eingestellt werden kann. Die folgenden Abbilldungen sollen dabei gängige Labornetzgeräte visualisieren.
Die Spannungen aus den Haushaltssteckdosen werden als Wechselspannung bezeichnet, und können für den Menschen gefährlich werden. Die Spannung steigt dabei auf ihren maximalen Wert an und fällt anschließend wieder auf ihren minimal Wert ab. An einer Steckdose in Deutschland liegt eine durchschnittliche Maximalspannung von 230V an. Die Spannungsmaxima bzw. Spannungsminima wechseln hier 50-mal in der Sekunde.
Viele Geräte benötigen eine konstante Gleichspannung, damit sie funktionieren. Smartphones, Computer, oder ein elektrischer Wecker benötigen eine Gleichspannung, obwohl sie an einer Steckdose mit Wechelspannung angeschlossen werden. Ein sogenannter innerer Spannungswandler überführt die eingehende Wechselspannung in eine Gleichspannung um.
Dieser Grundlagenkurs berücksichtigt hauptsächlich den Umgang mit der Gleichspannung. In elektrotechnischen Schaltplänen kann eine Spannungsquelle unter anderem durch folgende Symbole gekennzeichnet sein.
