Spannung ist der Druck einer Energiequelle in einem Stromkreis, der geladene Elektronen (Strom) durch eine leitende Schleife drückt und sie dadurch in die Lage versetzt, elektrische Arbeit zu verrichten, indem sie beispielsweise eine Lampe zum Leuchten bringen. Kurz gesagt kann Spannung mit Druck verglichen werden und wird in Volt (V) gemessen. Mit dem Begriff wird der italienische Physiker Alessandro Volta (1745- bis 1827) geehrt, der Erfinder der Voltaschen Säule, die als Vorläufer der heutigen Batterie gilt. In der Anfangszeit nach der Entdeckung der Elektrizität wurde die Spannung als elektromotorische Kraft (EMK) bezeichnet. Daher wird die Spannung in Gleichungen wie zum Beispiel im ohmschen Gesetz manchmal durch das Symbol E dargestellt. Normalerweise wird aber das Formelzeichen U verwendet.
Beispiel für die Spannung in einem einfachen Gleichstromkreis:
- Bei diesem Gleichstromkreis ist der Schalter geschlossen (eingeschaltet).
- Die Spannung der Spannungsquelle – die „Potenzialdifferenz“ zwischen den beiden Batteriepolen – ist aktiviert und erzeugt einen Druck, der bewirkt, dass Elektronen als Strom aus dem Minus-Anschluss fließen.
- Der Strom erreicht die Lampe, wodurch sie zu leuchten beginnt.
- Der Strom fließt zurück zur Stromquelle.
Bei der Spannung handelt es sich entweder um Wechselspannung (AC) oder Gleichspannung (DC). Unterschiede zwischen beiden Spannungsarten:
Wechselspannung (an einem Digitalmultimeter dargestellt durch 
):
- Fließt im Idealfall in einer gleichmäßigen Sinuskurve, siehe Darstellung unten:
- Kehrt die Richtung in regelmäßigen Abständen um.
- Wird üblicherweise bei Energieversorgungsunternehmen mithilfe von Generatoren erzeugt, bei denen mechanische Energie – eine durch Wasser-, Dampf-, Wind- oder Wärmeströmung erzeugte Drehbewegung – in elektrische Energie umgewandelt wird.
- Wird häufiger als Gleichspannung verwendet. Die Energieversorgungsunternehmen liefern Wechselspannung an Haushalte und Unternehmen, bei denen die meisten Geräte Wechselspannung nutzen.
- Die Versorgungsspannung unterscheidet sich von Land zu Land. In den USA beträgt sie beispielsweise 120 V, in Deutschland 230 V.
- Manche Haushaltsgeräte wie zum Beispiel Fernsehgeräte und Computer nutzen Gleichspannungen. Bei diesen Geräten dienen Gleichrichter (z. B. dieser kompakte Kasten im Stromversorgungskabel eines Notebook-Computers) zur Umwandlung von Wechselstrom und Wechselspannung in Gleichstrom und Gleichspannung.
Gleichspannung (an einem Digitalmultimeter dargestellt durch ein 
sowie der Angabe 
):
- Übt Spannung nur in eine Richtung aus.
- Wird normalerweise von Spannungsquellen erzeugt, in denen Energie gespeichert ist, beispielsweise von Akkus.
- Gleichspannungsquellen haben Plus- und Minus-Anschlüsse. Durch die Anschlüsse wird die Polarität in einem Stromkreis festgelegt. Anhand der Polarität kann ermittelt werden, ob es sich um einen Gleichstromkreis oder Wechselstromkreis handelt.
- Wird üblicherweise in batteriebetriebenen beweglichen Geräten verwendet (Autos, Blitzlichter, Kameras).
Was versteht man unter dem Begriff „Potenzialdifferenz“?
Die Begriffe „Spannung“ und „Potenzialdifferenz“ hängen ganz eng zusammen. Die Potenzialdifferenz lässt sich beschreiben als die Differenz der potenziellen Energie zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis. Der Betrag des Unterschieds (in Volt ausgedrückt) bestimmt, wie viel potenzielle Energie vorhanden ist, um Elektronen von einem bestimmten Punkt zu einem anderen zu bewegen. Die Größe des Werts gibt an, wie viel Arbeit möglicherweise durch den Stromkreis geleistet werden kann.
Eine AA-Alkalibatterie liefert beispielsweise 1,5 V. Eine normale Steckdose in einem Haushalt liefert 120 V (in den USA). Je höher die Spannung in einem Stromkreis, desto größer seine Fähigkeit, mehr Elektronen zu „drücken“ und mehr Arbeit zu leisten.
Die Spannung/Potenzialdifferenz kann mit dem in einem Tank gespeicherten Wasser verglichen werden. Je größer und höher der Tank (und somit dessen potenzielle Energie), desto größer das Vermögen des Wassers, eine Stoßwirkung zu erzeugen, wenn ein Ventil geöffnet wird und das Wasser (wie die Elektronen) fließen kann.
Warum das Messen der Spannung sinnvoll ist
Technikern ist bei der Fehlersuche in den meisten Fällen klar, wie sich ein Stromkreis üblicherweise verhalten sollte.
Stromkreise dienen dazu, einen Verbraucher mit Energie zu versorgen, bei dem es sich um ein kleines Gerät, ein Haushaltsgerät oder einen Industriemotor handeln kann. Verbraucher sind oftmals mit einem Typenschild versehen, auf dem elektrische Nennwerte einschließlich Strom und Spannung angegeben sind. Anstelle eines Typenschildes liefern manche Hersteller ein detailliertes Schema (Stromlaufplan) der Schaltung des Verbrauchers. In Handbüchern sind unter Umständen Nennwerte aufgeführt.
Diese Zahlen sagen einem Techniker, welche Messwerte zu erwarten sind, wenn ein Verbraucher im Nennbetrieb funktioniert. Ein auf einem Digitalmultimeter angezeigter Messwert kann von den Nennwerten abweichen. Dann muss der Techniker anhand seiner Fachkenntnisse und Erfahrung die Faktoren ermitteln, die diese Abweichungen verursachen.
Spannung, Stromstärke, Widerstand.
Elektrischer Strom fließt, wenn sich Elektronen bewegen. Elektronen sind negativ geladene Elementarteilchen, die in allen Atomen und Molekülen vorkommen – unabhängig davon, ob es sich um feste, flüssige oder gasförmige Stoffe handelt. Dabei trägt jedes einzelne Elektron die gleiche elektrische Ladung, die sogenannte Elementarladung.
Elektrische Leiter – hier fließt der Strom.
Das Material, in dem der Strom fließt, wird als elektrischer Leiter bezeichnet. Metalle eignen sich dafür besonders gut, weil ein Teil der in ihnen enthaltenen Elektronen frei beweglich ist. Doch wie bringt man nun die Elektronen dazu, sich gerichtet zu bewegen? Welche physikalischen Gesetze gelten für den Strom? Dabei sind drei physikalische Größen wichtig: Spannung, Stromstärke und Widerstand.
Elektrische Spannung.
Die Spannung gibt an, wie viel Energie notwendig ist, um die Elektronen zu bewegen. Spannungsquellen wie beispielsweise Batterien besitzen immer einen Pluspol, an dem Elektronenmangel herrscht, und einen Minuspol mit einem Überschuss an Elektronen. Je größer diese Elektronendifferenz ist, umso höher ist die Spannung. Sie sorgt dafür, dass sich die Elektronen in Richtung Pluspol bewegen und somit Strom fließt. Gemessen wird die Spannung in Volt. An einer normalen Steckdose liegt die Spannung in Europa meist bei 230 Volt, im Ortsnetz bei 400 Volt, im Mittelspannungsnetz zwischen zehn und 36 Kilovolt und im Hochspannungsnetz bei 220 bis 300 Kilovolt.
Höchstspannung im Netz.
Um die Verluste zu reduzieren, werden für die Übertragung großer Strommengen über weite Strecken Spannungen jenseits der 300 Kilovolt verwendet. Man spricht dann von Höchstspannung, die bei Wechselstrom in Europa bei bis zu 380 Kilovolt und bei Gleichstrom sogar noch höher liegen kann.
Stromstärke in unterschiedlichen Höhen.
Die Stromstärke beschreibt die Menge an elektrischer Ladung, die einen Leiter mit einem definierten Querschnitt durchfließt. Sie wird in der Maßeinheit Ampere angegeben. Je höher die Amperezahl, desto mehr elektrische Ladung bewegt sich durch den Leiter. In Wohngebäuden liegen Ströme bis etwa 15 Ampere an, unsere Höchstspannungsleitungen führen einige 100 bis wenige 1.000 Ampere, und Blitze können kurzzeitig Stromstärken von mehreren 100.000 Ampere erreichen.
Der ohmsche Widerstand.
Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen und daher auch ohmscher Widerstand genannt. Er bestimmt, wie viel Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte Menge an Ladung durch einen Leiter zu bewegen. Der ohmsche Widerstand ist abhängig davon, wie der Leiter beschaffen ist – etwa von seiner elektrischen Leitfähigkeit oder seinem Querschnitt. Ist der Widerstand eines elektrischen Leiters gering, so lassen sich auch bei niedrigen Spannungen hohe Stromstärken erzeugen.
Das ohmsche Gesetz.
Physiker bezeichnen den Zusammenhang von Spannung, Stromstärke und Widerstand auch als ohmsches Gesetz. Es verdeutlicht, warum die Übertragung großer Strommengen unter Höchstspannung sinnvoll ist. Denn je höher die Spannung ist, umso mehr Ladung kann eine Stromleitung transportieren. Wir nutzen in unserem Übertragungsnetz sehr hohe Spannungen, um große Strommengen zu transportieren.
Spannung steht für:
- Druck.
- Elektrische Spannung, eine physikalische Größe, die das spezifische Arbeitsvermögen der Ladung angibt (Formelzeichen U).
- Mechanische Spannung, über einen Querschnitt verteilte Kraft pro Flächeneinheit, welche beide Seiten gegenseitig aufeinander ausüben.
- Thermische Spannung (Mechanik), thermisch induzierte mechanische Spannung ohne äußeren Krafteinfluss.
- Magnetische Spannung, in der Elektrodynamik das Wegintegral über die magnetische Feldstärke H.
- Anspannung (Psychologie), eine aus psychischer Belastung folgende Spannung oder Anspannung.
- Spannung oder Unruhe im Sinne von Neugier.
- Suspense, ein Gefühl der gespannten Erwartung bei Zuschauern oder Lesern eines Werkes.
- Tonus, den Spannungszustand der Muskulatur.
- Ringspannung, Bindungsenergie in Form von chemischer Spannung.
- Körperspannung, körperliche Grundspannung, die der menschliche Körper braucht, um sich halten und bewegen zu können.
Eine Bespannung steht für:
- die Oberfläche (Stoff) von Perkussionsinstrumenten, siehe Perkussion (Musik).
- das Besaiten (Stoff) eines Tennis-, Squash- oder Badmintonschlägers.
Siehe auch:
- Spann.
- Verspannung (Begriffsklärung.
- Anspannung (Psychologie).
- Erregung (Medizin).
- Spannungen.
- Vorspannung.