So spielst du Voltmeter-Spaziergang
- Wähle einen Test und lies auf der Karte den Stromkreis und wohin die Spitzen kommen.
- Folge dem Potenzial um den Kreis: hinauf durch Zellen, um I·R hinab durch Widerstände, eben entlang der Drähte.
- Gib deine Vorhersage ein und drücke Start. Die Spitzen laufen zu ihren Punkten, und das Messgerät zeigt Rot minus Schwarz.
- Vergleiche den Messwert und die Landschaft mit deiner orangen Vorhersage.
Spannung liegt zwischen zwei Punkten
Jeder Punkt eines Stromkreises hat ein Potenzial, und eine Spannung ist immer die Differenz zwischen zweien davon. Darum hat ein Voltmeter zwei Spitzen: Es zeigt das Potenzial an der roten Spitze minus das Potenzial an der schwarzen, V = V_red − V_black, und vertauschte Spitzen drehen das Vorzeichen um. Durch einen Stromkreis zu gehen ist wie eine Wanderung durch eine Landschaft: Eine Zelle ist eine Rampe, die dich um ihre Spannung hebt, jeder Widerstand und jede Lampe eine Rampe, die um I·R hinabführt, und ein Draht ist ebener Boden, weil er keinen Widerstand hat. Wie du auch gehst, du kommst dort an, wo du begonnen hast, also heben sich Anstiege und Abstiege auf. Ein offener Schalter stoppt den Strom; ohne Strom fällt an der Lampe nichts ab, also liegt die ganze Spannung der Zelle über der Lücke. Plus an Plus verbundene Zellen drücken gegeneinander, und die kleinere nimmt der größeren ihre Spannung weg.
Ein fokussiertes Lernmodell
Zellen, Drähte und Voltmeter sind ideal: Die Zellen halten ihre Spannung bei jedem Strom, die Drähte haben keinen Widerstand, und das Messgerät nimmt keinen Strom auf, also ändert das Messen nichts. Widerstände und Lampe sind feste Widerstände, und der Strom ist sofort konstant. Das Potenzial ist 0 V am Minuspol der Batterie; es steigt in jeder Zelle, fällt in jedem Widerstand um I·R, und ein offener Schalter übernimmt den Rest. Die Spitzen laufen in 2 s zu ihren Punkten, und das Messgerät zeigt an, sobald beide berühren. Die Elektronenpunkte bewegen sich mit einer Geschwindigkeit passend zum Strom, nicht mit der echten Driftgeschwindigkeit. Antworten innerhalb von 2 % sind richtig; ein Messwert von 0 muss auf 0,05 V stimmen.