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.Dabei existieren die beiden Begriffe Leerlaufspannung und Klemmenspannung. Diese beiden Begriffe sollen nun näher betrachtet werden.
Die Leerlaufspannung ist definitionsgemäß die (elektrische) Spannung, die auf der Ausgangsseite einer Spannungsquelle gemessen wird, wenn kein Verbraucher (z. B. LED) angeschlossen ist. Da an die Stromquelle nicht über einen Verbraucher verbunden ist, fließt kein elektrischer Strom und damit fällt keine Spannung über den Innenwiderstand der Spannungsquelle (wie bereits erwähnt hat jedes Material einen Widerstand) ab. Die Leerlaufspannung ist genau dann gleich der Quellenspannung, wenn innerhalb der Spannungsquelle keine parallelen Stromleitungen existieren (kein Verbraucher angeschlossen), die die Leerlaufspannung verringern.
Zur Messung der Leerlaufspannung benutzt man ein Spannungsmessgerät ein, um die Leerlaufspannung der Quelle zu messen. Dabei ist zu beachten, dass dieses Messgerät einen deutlich höheren Innenwiderstand hat, als der Innenwiderstand der Stromquelle. Nur dadurch ist die Belastung der Spannungsquelle durch das Messgerät vernachlässigbar klein ist und die Leerlaufspannung ist gleich der Quellenspannung. Es muss gelten: Die Leerlaufspannung ist die Spannung, die man an einer Quelle misst, wenn die Klemmen nicht miteinander verbunden sind
Die Klemmenspannung ist die elektrische Spannung, die zwischen den zwei Anschlüssen einer Stromquelle bzw. Spannungsquelle gemessen werden kann (die Klemmen sind miteinander verbunden). Durch den Innenwiderstand eines Verbrauchers, der an die Stromquelle angeschlossen ist (bzw. der Innenwiderstand der Stromquelle selbst) verringert sich die Spannung. Die Klemmenspannung ist dabei die Differenz aus Leerlaufspannung und dem Produkt aus Innenwiderstand der Spannungsquelle und dem Strom I. Einfacher kann man sich dies vorstellen, dass die Strom- bzw. Spannungsquelle eine Quellenspannung erzeugt, aber an dem Innenwiderstand der Stromquelle fällt bereits eine Spannung ab.
Klemmenspannung = Leerlaufspannung – Innenwiderstand·Stromstärke
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.
Zuletzt gibt es noch eine dritte Möglichkeit, die Kontakte der Strom bzw. Spannungsquelle kurzzuschließen (Kurzschluss bedeutet Widerstand = 0 Ohm). Dabei fließt der maximale Strom den die Quelle zur Verfügung stellen kann. Er wird begrenzt durch den Widerstand der Leitung und durch den Innenwiderstand der Spannungsquelle.
Wichtig ist: Es gibt einen Kurzschlussstrom, aber eine Kurzschlussspannung existiert theoretisch nicht. Es existiert ein Kurzschlussstrom, das ist definitionsgemäß der Strom, der fließt, wenn eine Strom- bzw. Spannungsquelle kurzgeschlossen wird. Es gibt auch die Leerlaufspannung, das ist definitionsgemäß diejenige Spannung, die anliegt, wenn kein Strom fließt.