Definitionsgemäß ist die (elektrische) Spannung 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. In einem einfachen Stromkreis mit nur einem Verbraucher gilt (näherungsweise): Die Spannung an der Spannungsquelle ist gleich der Spannung am Verbraucher UV = US
Nun stellt sich die Frage, wie ändert sich die Spannung, wenn mehrere Verbraucher hintereinander im Stromkreis eingebaut sind (in der Elektronik spricht man in diesem Fall von einer Reihenschaltung)
Spannung bei mehreren Verbrauchern
Um die Spannung an den einzelnen Verbrauchern zu bestimmen, hilft die 2. Kirchhoff Regel, die auch oft als Maschenregel bezeichnet wird.
Mit dieser Regel lassen sich Angaben zur Spannung in einer Reihenschaltung (Masche) machen. Die sog. Maschenregel besagt, dass die Spannung an der Spannungsquelle US genauso groß ist, wie die Spannung, die an den beiden Verbrauchern abfällt. Somit gilt in den oben gezeigten Fall: US = U1 +U2
Allgemein gilt:
Die Summe der Teilspannungen an hintereinander geschalteten Verbrauchern ist gleich der Spannung der Quelle:
U1+ U2 + … = US .
Die Gesamtspannung bei Reihenschaltung mehrerer Verbraucher berechnet sich durch die Addition der Einzelspannungen der Verbraucher. D.h., wenn bei drei Verbrauchern an jedem 2 Volt anliegen, beträgt die Gesamtspannung 2V + 2V + 2V = 6V.
Bei einer Parallelschaltung von Verbrauchern ist die Gesamtspannung gleich der Spannung jedes einzelnen Verbrauchers.
Die Spannungsfallregel besagt, dass die Summe der Spannungsabfälle über jeder einzelnen Komponente in einer Reihenschaltung gleich der Gesamtspannung ist.
Die Kirchhoffsche Maschenregel besagt, dass die Summe aller Spannungen in einer Masche (geschlossener Weg in einem Schaltkreis) null ist. Dies gilt für jede mögliche Masche innerhalb der Schaltung.
In einem unbelasteten Transformator bleibt die Spannung konstant. Daher ist die Eingangsspannung gleich der Ausgangsspannung.
Ein Spannungsteiler ist eine elektrische Schaltung, die dazu dient, eine höhere Spannung in eine kleinere Spannung umzuwandeln. Dies geschieht durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände.
Die Spannung an einem Widerstand in einer Reihenschaltung berechnet man mit dem Ohmschen Gesetz: U = R * I, wobei R der Widerstand und I der Strom ist.
Die Spannung über einem Kondensator berechnet man mit der Formel U = U0 * (1 – e^(-t/RC)), wobei U0 die Anfangsspannung, e die Eulersche Zahl, t die Zeit, R der Widerstand und C die Kapazität des Kondensators ist.
In einer Parallelschaltung bleibt die Gesamtspannung unverändert, wenn ein weiterer Verbraucher hinzugefügt wird.
Bei der Gleichspannung bleibt die Polarität konstant, während bei der Wechselspannung die Polarität periodisch wechselt. In einem Stromnetz wird typischerweise Wechselspannung verwendet.