Potenzialunterschied

Potenzialunterschied, auch Spannungsdifferenz genannt, bezeichnet die Differenz der elektrischen Potenziale zweier Punkte in einem Feld. Er entspricht der Arbeit pro Ladungseinheit, die erforderlich ist, um eine Testladung von einem Punkt zum anderen zu bewegen, wobei kinetische Energie vernachlässigt wird. Mathematisch gilt ΔV = V(b) − V(a).

Im statischen Feld ist der Potenzialunterschied mit dem elektrischen Feld verknüpft durch ΔV = −∫_a^b E·dl. Das elektrische Feld E ist dann als E = −∇V gegeben, wodurch der Potenzialunterschied ortsunabhängig ist (Pfadunabhängigkeit) und sich aus dem Skalarpotential V ableiten lässt.

Eine grundlegende wirtschaftliche Bedeutung hat der Potenzialunterschied im Stromkreis: Er wird als Spannung gemessen, die zwei Klemmen voneinander trennt. Ein Voltmeter misst diese Differenz. Quellen wie Batterien oder Generatoren erzeugen eine definierte ΔV, während der reale Terminalwert durch den Innenwiderstand und den durch den Stromfluss bedingten IR-Abfall beeinflusst wird.

In idealen Leitern ist der Potenzialunterschied entlang des Leiters vernachlässigbar, da der Widerstand gering ist; bei Kabeln mit nicht vernachlässigbarem Widerstand führt der Strom zu einem Spannungsabfall. In der Praxis bestimmt der Potenzialunterschied also, wie viel Energie pro Ladung an Bauteilen umgesetzt wird.

Bei zeitlich veränderlichen Magnetfeldern ist die Situation komplexer: Das Faradaysche Gesetz zeigt, dass das Feld nicht rein konservativ ist, weshalb der Zusammenhang E = −∇V und Pfadunabhängigkeit eingeschränkt gilt; das gilt insbesondere für die elektromagnetische Induktion.