Polarität von Spannungsabfällen in der Schaltungsanalyse verstehen

In einem typischen Gleichstromkreis, der von einer einzelnen Batterie gespeist wird, fließt der konventionelle Strom vom positiven (+) Pol zum negativen (–) Pol. Im folgenden Beispiel zirkuliert der Strom im Uhrzeigersinn durch die Punkte 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 und zurück zu 1.

Wenn der Strom den 5-Ω-Widerstand durchläuft, tritt ein Spannungsabfall an seinen Anschlüssen auf. Per Definition wird das Ende, an dem der Strom eintritt, als positiv markiert, und das Austrittsende als negativ. Somit beträgt der Spannungsabfall am Widerstand +10 V an Punkt 3 relativ zu Punkt 4.

Wir können die Polarität jedes Spannungsabfalls in der Schaltung mit einer einfachen Regel annotieren: Positives Vorzeichen am Stromeintrittsende, negatives Vorzeichen am Austrittsende.

Unten ist eine umfassende Tabelle, die die Spannungspolarität zwischen jedem Paar von Referenzpunkten in dieser Schaltung auflistet:

 Zwischen Punkten 1 (+) und 4 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 2 (+) und 4 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 3 (+) und 4 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 1 (+) und 5 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 2 (+) und 5 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 3 (+) und 5 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 1 (+) und 6 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 2 (+) und 6 (–) = 10 V
Zwischen Punkten 3 (+) und 6 (–) = 10 V 

Obwohl es in einer einfachen Schleife trivial erscheinen mag, die Polarität zu dokumentieren, ist die Beherrschung dieses Konzepts essenziell für die Analyse komplexerer Netzwerke mit mehreren Widerständen, Spannungsquellen oder beidem.

Polarität ist unabhängig vom Ohmschen Gesetz

Polarität geht nicht in die Berechnungen des Ohmschen Gesetzes ein – es gibt nie negative Werte für U, I oder R im Ohmschen Gesetz selbst. Andere elektrische Gleichungen (z. B. Kirchhoffsche Spannungsgesetz) berücksichtigen jedoch explizit das Vorzeichenkonvention bei der Summierung von Spannungen um eine Schleife.

Wichtigste Erkenntnis

• Die Polarität eines Spannungsabfalls über einem resistiven Element folgt der Stromrichtung: + am Eintritt, – am Austritt.

Weiterführende Arbeitsblätter

• Spannungsteiler-Schaltungen-Arbeitsblatt