Was ist mit der Spannung eines Systems gemeint und wie fließt die Spannung durch den Strom?

Bedeutung der Systemspannung

Definition

Die Systemspannung ist die Spannungsdifferenz zwischen bestimmten Punkten in einem elektrischen System (wie z.B. einem Energieversorgungssystem, einem elektronischen Schaltkreis usw.). In Energieversorgungssystemen bezieht es sich in der Regel auf die Spannung zwischen einer bestimmten Phase oder Leitung im Netz. Beispielsweise beträgt in einem dreiphasigen Vierleiter-Niederspannungsnetz die Phasenspannung (die Spannung zwischen dem lebenden Leiter und dem Neutralleiter) 220V, und die Leitungsspannung (die Spannung zwischen den lebenden Leitern) 380V, was typische Werte für die Systemspannung sind.

Auswirkungen

Die Systemspannung ist ein wichtiger Indikator, um den Energiezustand eines elektrischen Systems zu messen. Sie bestimmt die Menge an Energie, die das System zur Verfügung stellen kann, sowie die Effizienz der Energieübertragung. Für verschiedene elektrische Geräte kann es nur bei seiner Nennspannung normal arbeiten. Zum Beispiel wird die Helligkeit und Lebensdauer einer Lampe mit einer Nennspannung von 220V beeinträchtigt, wenn die Systemspannung zu stark von 220V abweicht.

Bestimmende Faktoren

Die Größe der Systemspannung wird durch die Ausgangsspannung der Erzeugungsanlagen (wie Generatoren), dem Transformationsverhältnis des Transformatoren und den verschiedenen Regelanlagen im Prozess der Energieübertragung und -verteilung bestimmt. In einem Kraftwerk erzeugt ein Generator eine bestimmte Spannung an elektrischer Energie, die dann durch einen Hochspannungs-Transfomator erhöht wird, um die lange Distanzübertragung zu ermöglichen, und anschließend durch einen Niederspannungs-Transfomator auf ein Niveau reduziert wird, das für die Nutzung durch die Nutzergeräte geeignet ist, bevor sie den Kunden erreicht.

Das Verhältnis zwischen Spannung und Strom (der Ausdruck "wie die Spannung durch den Strom fließt" ist nicht korrekt, sondern wie der Strom unter dem Einfluss der Spannung erzeugt und fließt)

Mikroskopisches Mechanismus (am Beispiel eines metallischen Leiters)

In metallischen Leitern sind zahlreiche freie Elektronen vorhanden. Wenn am Anfang und am Ende des Leiters eine Spannung besteht, entspricht dies dem Aufbau eines elektrischen Feldes innerhalb des Leiters. Nach der Wirkung der elektrischen Feldkraft übt das elektrische Feld eine Kraft auf die freien Elektronen aus, wodurch diese gerichtet bewegt werden, was einen elektrischen Strom bildet. Die Spannung ist die treibende Kraft, die die freien Elektronen gerichtet bewegt, ähnlich wie Wasser unter Druck in einer Rohrleitung vom Punkt mit hohem Druck zum Punkt mit niedrigem Druck fließt. Die Elektronen fließen vom Punkt mit niedrigerem Potential zum Punkt mit höherem Potential (die Richtung des Stroms ist als Bewegungsrichtung der positiven Ladung definiert, daher ist sie entgegengesetzt zur tatsächlichen Bewegungsrichtung der Elektronen).

Ohmsches Gesetz

Laut dem Ohmschen Gesetz I=U/R, (wo I der Strom, U die Spannung und R der Widerstand ist), bei gegebenem Widerstand, je größer die Spannung, desto größer der Strom. Dies zeigt, dass es eine quantitative Beziehung zwischen Spannung und Strom gibt, die Spannung ist die Ursache des Stroms, und die Größe des Stroms hängt von der Größe der Spannung und des Widerstands ab. Beispielsweise in einem einfachen Schaltkreis, wenn der Widerstand 10Ω und die Spannung 10V beträgt, kann der Strom nach dem Ohmschen Gesetz als 1A berechnet werden; wenn die Spannung auf 20V steigt und der Widerstand unverändert bleibt, ändert sich der Strom auf 2A.

Situation im Schaltkreis

In einem vollständigen Schaltkreis liefert die Stromquelle die Spannung, die auf die verschiedenen Komponenten im Schaltkreis wirkt (wie Widerstände, Kondensatoren, Spulen usw.). Wenn der Schaltkreis geschlossen ist, beginnt der Strom am positiven Pol der Stromquelle, durchläuft die verschiedenen Schaltungskomponenten und kehrt zum negativen Pol der Stromquelle zurück. In diesem Prozess wird die Spannung an den Enden verschiedener Komponenten verteilt, und der Stromfluss in jeder Komponente wird gemäß den Eigenschaften der Komponente (wie dem Widerstandswert des Widerstands, der Kapazitätsreaktion des Kondensators, der Induktionsreaktion der Spule usw.) bestimmt. Beispielsweise ist im Reihenschaltkreis der Strom überall gleich, und die Spannung wird proportional zum Widerstand auf die einzelnen Widerstände verteilt; im Parallelschaltkreis ist die Spannung überall gleich, und der Gesamtstrom ist gleich der Summe der Teilströme.