Spannung und Strom in einer praktischen Schaltung: Ihr Verhältnis verstehen

In jeder Schaltung wird Energie benötigt, um Ladung gegen Widerstand zu bewegen. Diese Energie manifestiert sich als Spannungsabfall zwischen Punkten, die durch Widerstand getrennt sind.

In einer einfachen Reihenschaltung ist der Strom – Ladung, die pro Sekunde einen Punkt passiert – überall gleich, aber die Spannung zwischen verschiedenen Punktpaaren kann deutlich differieren.

Betrachten Sie den folgenden Schaltkreis mit vier Knoten 1, 2, 3 und 4. Der Strom von 1 nach 2 gleich dem Strom durch die Lampe (2 nach 3), und derselbe Strom fließt weiter durch den Draht von 3 nach 4 und schließlich durch die Batterie (1 nach 4).

Da der Strom uniform ist, ist die Spannung zwischen je zwei Punkten direkt proportional zum Gesamtwiderstand des sie verbindenden Pfads. In einer typischen Lampenschaltung übersteigt der Lampenwiderstand den der Anschlussdrähte bei weitem, sodass der Spannungsabfall über der Lampe (2–3) substanziell ist, während die Abfälle über den Drähten (1–2 und 3–4) minimal sind. Die Spannung zwischen den Batteriepolen (1–4) entspricht der elektromotorischen Kraft der Batterie, nur geringfügig höher als der Lampen‑Spannungsabfall.

Dieser Zusammenhang ist analog zu einem Wasser‑Reservoir‑System:

Wasser, das von Punkt 2 zu 3 durch ein Wasserrad fällt, erfährt einen Druckabfall, der dem Energieverlust am Widerstand des Rads entspricht. Zwischen Punkten 1–2 und 3–4, wo Wasser frei durch Reservoirs fließt, ist der Druckunterschied vernachlässigbar. Dennoch bleibt die Flussrate im gesamten System konstant – genau wie der Strom im elektrischen Kreis konstant bleibt.

Kurz gesagt: In einfachen Reihenschaltungen ist der Strom überall gleich, während die Spannung je nach Widerstand jedes Segments variiert.

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