elektrische Spannung
Symbol: U
Maßeinheit: Volt (V)
Die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe. Sie gibt an, wie viel Energie benötigt wird (oder vorhanden ist), um eine elektrische Ladung (innerhalb eines elektrischen Feldes) zu bewegen. Sie ist definiert als die Energiemenge, die pro Ladung (z. B. pro Elektron) notwendig ist, um ein geladenes Objekt (z. B. ein Elektron) im elektrischen Feld von einem Punkt A zu einem Punkt B zu verschieben. Die Einheit der elektrischen Spannung ist das Volt. Entsprechend der Definition lässt sich 1 Volt auch ausdrücken als 1 Joule Energie, die benötigt wird, um 1 Coulomb Ladung zu bewegen:
1 V = 1 J/C.
Man kann sich die Spannung als eine Art „Druck“ vorstellen. Je höher die Spannung ist, umso mehr Strom kann damit „gepumpt“ werden, so wie sich mit hohem Druck auch schneller Wasser durch ein Rohr pumpen lässt, vgl. dazu das Analogiemodell zur Erklärung des einfachen Stromkreises.
Im Zusammenhang mit Batterien sind verschiedene Formen der Spannung wichtige Kenngrößen: Beim Entladen einer Batterie nimmt ihre Spannung allmählich ab, bis sie Ihre Entladeschlussspannung (Entladeendspannung) erreicht hat. Bei diesem Spannungswert sind die Substanzen, in denen die Energie in einer Batterie gespeichert ist, nahezu vollständig umgesetzt oder „verbraucht“ und die Batterie ist „leer“. Zwar kann eine Batterie noch weiter entladen werden (Tiefentladung, siehe Entladetiefe), aber man risikiert damit, die Batterie zu beschädigen oder deren Lebensdauer zu verringern.
Wird eine Batterie langsam entladen, fällt die Spannung für einen langen Zeitraum kaum ab. Diese (durchschnittliche) Spannung wird als Nennspannung bezeichnet und teilweise mit Toleranzwerten angegeben. Erst wenn eine Batterie nahezu vollständig entladen ist, sinkt die Spannung schnell ab.
Wird eine Batterie am Ladegerät aufgeladen, wird an den beiden Polen die sogenannte Ladeschlussspannung (Ladeendspannung) angelegt. Sie bezeichnet die vom Hersteller vorgegebene maximale elektrische Spannung, der eine einzelne Zelle beim Aufladen ausgesetzt werden darf. Wird die Ladeschlussspannung überschritten, kann die Zelle irreparabel geschädigt werden. Die Ladeschlussspannung ist stets höher als die Nennspannung.
Folgende Spannungen gelten z. B. für eine Lithium-Ionen-Zelle (Sony Konion US18650 VTC4): Ladeschlussspannung = 4,2 V, Nennspannung = 3,6 V und Entladeschlussspannung = 2,5 V.
Der Zusammenhang von elektrischer Stromstärke, elektrischer Spannung und dem elektrischen Widerstand (siehe elektrischer Widerstand) wird über das Ohmsche Gesetz (siehe Ohmsches Gesetz) hergestellt.