Leerlauf- und Klemmenspannung

Zwischen den Polen einer elektrischen Quelle besteht eine elektrische Spannung, unabhängig davon, ob die elektrische Quelle in den Stromkreis geschaltet ist oder nicht.
In der Regel befindet sich eine elektrische Quelle in einem Stromkreis. Der Betrag der Spannung ist dann davon abhängig, ob sich die elektrische Quelle in einem geschlossenen Stromkreis befindet oder ob der Stromkreis geöffnet ist.

Leerlaufspannung

Die Spannung zwischen den Polen einer elektrischen Quelle bei offenem Stromkreis bezeichnet man als Leerlaufspannung $U_{\text{L}}$ (Bild 1). Manchmal wird auch die Bezeichnung Urspannung verwendet. In diesem Fall fließt im Stromkreis und damit auch durch die elektrische Quelle kein elektrischer Strom. Es ist die Spannung, die man auch feststellen würde, wenn man an einer elektrischen Quelle misst, die sich in keinem Stromkreis befindet.

Die Klemmenspannung ist immer kleiner als die Leerlaufspannung. Ursache dafür ist der Innenwiderstand der elektrischen Quelle, der bei Stromfluss die Spannungsverhältnisse beeinflusst (Bild 3). Im stromlosen Zustand liegt an der elektrischen Quelle die Leerlaufspannung $U_{\text{L}}$. Fließt im Stromkreis ein elektrischer Strom, so fließt dieser Strom auch durch die elektrische Quelle. Am Innenwiderstand der Quelle fällt eine bestimmte Spannung ab. Da eine Reihenschaltung zweier Widerstände vorliegt, gilt:

$U_{\text{K}}=U_{\text{L}}-I\cdot R_{\text{i}}$

Das Produkt $I\cdot R_{\text{i}}$ ist gleich der Spannung $U_{\text{i}}$ , die am Innenwiderstand abfällt. Die genannte Gleichung kann man auch nutzen, um den Innenwiderstand einer elektrischen Quelle zu bestimmen.

Für die Stromstärke im Stromkreis ergibt sich unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle $R_{\text{i}}$ und des Außenwiderstandes $R_{\text{a}}$ im äußeren Stromkreis:

$I=\frac{U_{\text{L}}}{(R_{\text{i}}+R_{\text{a}})}$