Das Potential im elektrischen Stromkreis

Inhaltsverzeichnis

1 Druckmessungen im Wasserstromkreis
- 1.1 Versuch: Druckmessung im unverzweigten Wasserstromkreis
- 1.2 Versuch: Druckmessung im verzweigten Stromkreis
2 Übertragung des Drucks im Wasserstromkreis auf den elektrischen Stromkreis
- 2.1 Messen des Potentialunterschiedes: die Spannung [math]U[/math]
3 Aufgaben
4 Links

Druckmessungen im Wasserstromkreis

Versuch: Druckmessung im unverzweigten Wasserstromkreis

Aufbau

Eine Wasserpumpe treibt einen Wasserstromkreis an, in den drei Wasserrädchen eingebaut sind. Dazwischen sind zur Druckmessung Steigrohre eingebaut.

Beobachtung

Schaltet man die Pumpe ein, so steigt der Wasserstand im Steigrohr hinter der Pumpe. Vor der Pumpe fällt der Wasserstand. Die Rädchen drehen sich. Je stärker die Pumpe arbeitet, desto mehr steigen / fallen die Wasserstände und die Rädchen drehen sich schneller.

Die Höhe der Wasserstände in den Steigrohren nimmt von hinter der Pumpe bis vor der Pumpe kontinuierlich ab.

Folgerung

Die Pumpe erzeugt hinter sich einen großen Druck und vor sich einen geringen Druck. Dieser Druckunterschied treibt den Wasserstrom an.

Versuch: Druckmessung im verzweigten Stromkreis

Aufbau

Eine Wasserpumpe treibt einen Stromkreis an, der sich an einem Knoten teilt und an einem zweiten Knoten wieder zusammenläuft. Direkt vor und hinter den Verzweigungen befinden sich Steigrohre zur Druckmessung.

In beiden Teilen der Verzweigung ist je ein Wasserhahn und ein Wasserrädchen eingebaut. Vor und hinter den Verzweigungen befinden sich auch Wasserrädchen und ein Wasserhahn.

Beobachtung

Bei beiden Verzweigungen sind alle drei Wasserstände in etwa gleich hoch. (Besonders nach dem Zusammenfluss ist der Wasserstand etwas niedriger als vorher.)

Folgerung

Bei einer Verzweigung (Knoten) ändert sich der Wasserdruck nicht!

Übertragung des Drucks im Wasserstromkreis auf den elektrischen Stromkreis

Der Druck im Wasserstromkreis entspricht dem elektrischen Potential [math]\varphi[/math]. Es wird in Volt (nach Alessandro Volta 1745-1827) gemessen.

Die Batterie erzeugt hinter sich ein hohes Potential und vor sich ein geringes Potential. Dieser Potentialunterschied treibt den elektrischen Strom an. Bei einer Verzweigung ändert sich das Potential nie! Bei einem Lämpchen (oder einem anderem Widerstand) kann das Potential abfallen.

Messen des Potentialunterschiedes: die Spannung [math]U[/math]

Wie misst man das Potential an einer Stelle eines Stromkreises? Verbindet man mit einem Kabel ein sogenanntes Voltmeter mit der Stelle, so passiert nichts! Man benötigt auch noch ein zweites Kabel. Das Voltmeter kann nämlich nur Potentialunterschiede zwischen zwei Stellen messen!

Deswegen legt man das Potential einer beliebigen Stelle als neutral, also [math]0\,\rm V[/math] , fest. An diese Stelle wird eines der beiden Kabel gesteckt. Steckt man das andere Kabel an eine andere Stelle, so zeigt das Voltmeter den Unterschied zu [math]0\,\rm V[/math] , also das dortige Potential, an.

Ein Voltmeter kann nur den Potentialunterschied [math]\Delta \varphi[/math] messen. Er heißt "Spannung" ([math]U[/math]) und wird auch in Volt gemessen. Das Potential [math]0\,\rm V[/math] kann man an eine beliebige Stelle legen. Meistens ist es der Minuspol ("Masse" oder "Erde").