Ist Stromquelle und Spannungsquelle das gleiche?

Definitionsgemäß ist die (elektrische Spannung) ist eine Größe, die angibt, wie viel Arbeit oder Energie nötig ist, um ein Ladungsträger mit einer bestimmten elektrischen Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Diese Definition kann man sich auch einfacher vorstellen. Damit “Strom” fließen in einem geschlossenen System fließen kann, benötigt man eine Spannung als Voraussetzung. Dabei versteht man unter dieser elektrischen Spannung die treibende Kraft, die die Ladungsbewegung (Stromstärke) ermöglicht bzw. verursacht.
Zusammenfassung bisher:
Wird die Strom- bzw. Spannungsquelle nicht durch einen Verbraucher belastet, fließt kein Strom und es gibt deshalb auch keinen Spannungsabfall. An den Kontakten der Stromquelle kann die Leerlaufspannung gemessen werden. Wird ein Verbraucher an die Strom- bzw. Spannungsquelle (jeder Stromquelle hat einen Innenwiderstand) angeschlossen, fließt ein Strom und die ursprüngliche Leerlaufspannung teilt sich auf unter dem Widerstand des Verbrauchers und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle auf. In diesem Kapitel sollen nun die Begriffe “Spannungsquelle” und Stromquelle” näher betrachtet werden.

Stromquelle bzw. Spannungsquelle

Die Begriffe “Stromquelle” und “Spannungsquelle” sollten nicht miteinander verwechselt werden. Im Grunde haben Strom- und Spannungsquellen zueinander entgegengesetzte Eigenschaften. Eine Spannungsquelle dient als elektrische Energiequelle, die abhängig vom angeschlossenen Verbraucher elektrischen Strom liefert, dabei aber nicht mit einer Stromquelle verwechselt werden darf. Eine wichtige Kenneigenschaft einer Spannungsquelle ist, dass die Spannung nur gering, bzw. bei dem Modell der idealen Spannungsquelle nicht von dem elektrischen Strom abhängt, welcher entnommen wird. Als wesentliche Eigenschaft einer Stromquelle ist, dass der Strom nur gering, oder bei dem Modell der idealen Stromquelle im Rahmen gar nicht von der elektrischen Spannung abhängig ist.
Beispiele für Spannungsquellen sind Batterien, Solarzellen und Generatoren und liefern im Unterschied zu Stromquellen keine konstanten Strom, sondern eine konstante Spannung. In der Regel werden Stromquellen so erzeugt, indem man eine Spannungsquelle verwendet und mittels einer geeigneten Schaltung in eine Stromquelle verwandelt.

Innerhalb des Begriffes “Spannungsquelle” kann man noch in ideale und reale Spannungsquelle unterteilen. Eine ideale Spannungsquelle ist eine Quelle, das unabhängig vom Strom und der angehängten Verbraucher eine konstante Spannung erzeugt.
Reale Spannungsquellen kann man als ideale Spannungsquelle betrachten, die die Leerlaufspannung liefert und durch den Innenwiderstand beeinflusst wird, so dass der Spannungsverlauf an der realen Spannungsquelle von dem Strom abhängig ist, der entnommen wird.

Visualisierung der beiden Begriffe

Zuerst noch einmal die Begriffsklärung Stromstärke und Spannung:

Strom bzw. Stromstärke ist nichts anderes als eine Teilchenzahl (Ladungsträger: Elektronen bzw. Ionen): je mehr Elektronen (oder andere geladene Teilchen) sich bewegen, desto höher der Strom.
Spannung ist eine Kraft (bzw. Energie) zwischen zwei geladenen Teilchen. Je stärker zwei Seiten geladen sind, desto stärker ist die Kraft, die zwischen ihnen wirkt und desto stärker die Spannung.

Die beiden Begriffe Stromquelle und Spannungsquelle kann man sich an einem leicht vorstellbaren Beispiel erklären. Dabei stellt man sich einen Bergsee vor, der im übertragenen Sinne die Spannung darstellt. Je höher der See liegt bzw. je größer er ist, desto höher ist die Spannung.
Nun leitet man das Wasser aus dem Bergsee über Röhren runter ins Tal. Dazu gibt es eine Rohrleitung vom Bergsee ins Tal. Das Wasser kann man sich als Elektronen vorstellen. Öffnet man nun oben am Bergsee das Rohr, fließt Wasser durch das Rohr nach unten, das ist im übertragenen Sinn der Strom. Das heißt, je mehr Wasser im See ist, desto mehr Wasser will nach unten ‘strömen’.
Natürlich gibt es bei der Spannungsquelle bzw. der Stromquelle einen Widerstand. Dies kann man sich auch bildlich vorstellen. In dem vorgestellten Beispiel wäre der Rohrdurchmesser der Widerstand. Je enger das Rohr ist, desto weniger Wasser kann durch. Das enge Rohr setzt dem Wasserfluss einen Widerstand entgegen.

Mathematisch kann man die beiden Begriffe miteinander kombinieren:

Bergsee (Spannung U) : Rohrdicke (Widerstand R) = Wasserstrom (Stromstärke I)

Autor: , Letzte Aktualisierung: 07. Mai 2022

Die Spannungsquelle kann mit einer Wasserquelle verglichen werden, in der das Wasser der Energielieferant ist und in künstlich oder natürlich angelegten Wasserreservoirs Haushalte versorgt. Wichtig: Eine Spannungsquelle ist keine Energiequelle, die etwa am Anfang der Energieversorgung steht. Energiequellen, wie zum Beispiel das Atom, der Wind oder die Sonne, sind Energieträger, die die nötige Energie für die Stromgewinnung liefern. Heutzutage wird dabei der Fokus vermehrt auf regenerative Energien gelenkt, was der Spannungsquelle zunächst erst einmal komplett egal ist. Die Spannung per se hat auch nichts mit der mechanischen Spannung zu tun, von der sie sich grundlegend unterscheidet.

Was sind Spannungsquellen und was ist eine elektrische Spannung?

In der Elektrotechnik wird ein aktiver Zweipol, das heisst ein Bauelement mit zwei Anschlüssen (Klemmen) als Spannungsquelle bezeichnet, wenn dadurch eine elektrische Spannung geliefert wird. Die Stromstärke hingegen ist hier in den meisten Fällen vernachlässigbar. Die elektrische Spannung der Elektrizitätslehre ist etwas komplett anderes als die Druck- oder Zugspannung in der Mechanik.

Werden zwei entgegengesetzte Ladungen Q zweier elektrisch geladener Körper im Abstand r entgegen der Coulombkraft verschoben, wird eine Verschiebungsarbeit W verrichtet. Diese Verschiebungsarbeit wird als potenzielle Energie im System gespeichert. Die Spannung U in Joule pro Coulomb beziehungsweise Volt ist die Potenzialdifferenz der potenziellen Energie zwischen beiden Abständen. Verschiebt man somit eine elektrische Elementarladung e gegen eine Spannung U von einem Volt ist dazu ein Energiebeitrag notwendig, das Elektronenvolt eV.

Was ist der Unterschied zwischen einer Spannungsquelle und einer Stromquelle?

Eine Stromquelle ist wie die Spannungsquelle ebenfalls ein aktiver Zweipol, mit dem Unterschied, dass an diesen Anschlüssen Strom geliefert wird. Im Gegensatz zur elektrischen Spannung ist der Strom ein Ladungsfluss frei beweglicher Elektronen, den Leitungselektronen, die vom negativen Pol der Klemme zum positiven Pol wandern. Die Stromstärke hängt an der Stromquelle genauso wenig von der Spannung ab wie umgekehrt. Sie ist im Idealfall unabhängig vom angeschlossenen Verbraucher. Unterschiedliche Stromquellen liefern:

• Gleichstrom
• Wechselstrom
• Drehstrom

Das Schaltzeichen für eine Stromquelle in einem Stromkreis ist ein Kreis mit durchzogener Mittellinie, wohingegen eine Spannungsquelle als gleichschenkliges U mit jeweils einem kleinen Kreis an jedem der Schenkel gekennzeichnet wird.

Welche Arten von Spannungsquellen gibt es?

In der Elektrik ist eine ideale Spannungsquelle unabhängig vom Strom und liefert entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung. Beispiele für Spannungsquellen sind:

• galvanisches Element
• Batterie
• Solarzelle

Das galvanische Element, als erste künstliche Quelle elektrischer Energie, ist eine Gleichspannungsquelle, welche sich die unterschiedliche Löslichkeit verschiedener Materialien in einem Elektrolyten zunutze Macht. Eine Batterie mit einer Zelle, die nach diesem Prinzip arbeitet, liefert eine Gleichspannung von 1,5 Volt. In Reihe n geschaltete Zellen liefern somit eine Gleichspannung von n mal 1,5 Volt. Wechselspannungen werden hingegen mit einem Dynamo erzeugt und ändern sich periodisch mit der Zeit. Die Spannungsquelle kann zudem in ideale und reale Spannungsquellen unterteilt werden. Eine ideale Spannungsquelle liefert eine konstante Spannung unabhängig von Strom und Verbraucher. Reale Spannungsquellen sind hingegen ideale Spannungsquellen, die eine Leerlaufspannung liefern und vom Innenwiderstand beeinflusst werden.

Wieso haben Spannungsquellen einen Innenwiderstand?

Stoffe mit weniger oder mehr frei beweglichen Ladungsträgern werden als elektrische Leiter bezeichnet und von den Nichtleitern oder Isolatoren unterschieden. Der Leiter, der beim Anlegen einer Spannung dem Elektronenfluss einen Innenwiderstand aufgrund von Reibung entgegensetzt, ist abhängig von der Spannung, die ein Ladungsgefälle bewirkt. Die Spannung U in Volt ist direkt proportional zur Stromstärke I in Ampere sowie dem Widerstand in Ohm (V/A). Die unterschiedlichen Widerstände von Materialien hängen direkt mit deren spezifischer Leitfähigkeit zusammen. Der spezifische Widerstand beziehungsweise dessen reziproker Wert, die Leitfähigkeit, sind Materialkonstanten, die in Verbindung mit der Länge und dem Querschnitt des leitenden Materials den elektrischen Widerstand ergeben.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Spannungsquelle und der Klemmenspannung?

Der Innenwiderstand ist ein Effekt, der bei allen Spannungsquellen und Leitungen auftritt. Soll der Spannungswert der Klemmenspannung weitestgehend der Quellenspannung entsprechen, muss der Innenwiderstand der Spannungsquelle so gering wie möglich sein. Sinkt der Widerstand der Spannungsquelle hingegen auf null, ist die Spannung gleich null und es entsteht ein elektrischer Kurzschlussstrom. Für den Ausgangswiderstand an der Spannungsquelle gibt es somit keinen einheitlichen Wert und er ist abhängig von:

• kleinen Laständerungen (differentieller Widerstand)
• schnellen Änderungen (dynamischer Innenwiderstand)

Der Maximalstrom der Klemmenspannung wird durch den statischen Innenwiderstand (Statik) ermittelt.

Wann entsteht ein Stromkreis?

Ein elektrischer Stromkreis entsteht durch die Reihen- oder Parallelschaltung elektrischer oder elektromechanischer Bauteile. Für eine elektrische Schaltung ist eine elektrische Energiequelle vonnöten, also ein Leistungserzeuger in Form einer Spannungsquelle oder einer Stromquelle. Ein einfacher Stromkreis besteht somit aus einem Erzeuger und einem Verbraucher, die über Leitungen miteinander gekoppelt sind. Dieser Stromkreis kann durch einen Schalter unterbrochen werden.

Welche Stromstärke besitzt die Spannungsquelle?

In allen Fächern und Klassenstufen lernt man: Damit in einem Stromkreis eine Spannung fliesst, muss eine elektrische Spannung, die Stromquelle, anliegen. In der Elektronik wird hingegen zwischen Spannungsquelle und Stromquelle unterschieden. Hier gilt:

1. Eine ideale Spannungsquelle liefert eine konstante Spannung, unabhängig vom Wert der Stromstärke.
2. Eine ideale Stromquelle liefert immer die gleiche Stromstärke. Die dafür notwendige Spannung wird von der Stromquelle automatisch geregelt.

Hierbei handelt es sich um idealisierte Modelltypen. Tatsächlich sinkt die Spannung bei Belastung mit höheren Stromstärken ab.

Hat Stromquelle eine Spannung?

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