Methoden der Spannungserzeugung

Chemisch

Kombiniert man ein Elektrolyt und ein Metall, entsteht eine Spannung auf elektrochemische Weise. Sind die Elektroden aus demselben Metall, heben sich die Spannungen mit ihrer Polarität wieder auf. Bringt man 2 verschiedene Elektroden wie Zink (-0.76V) und Kohle (+0.74) in ein Elektrolyt wie verdünnte Schwefelsäure, entsteht  eine Spannung von 1.5 V (Beispiel : Batterie).
Elektrolyt ist eine mit Ionen versetzte Flüssigkeit, die dadurch leitfähig ist. Laugen, Säuren und Salze bilden Ionen.

Elektrochemische Spannungsreihe
 
Gold +1.50V
Platin +0.86V
Silber +0.80V
Quecksilber +0.79V
Kohle +0.74V
Kupfer +0.34V
Wismut +0.28V
Antimon +0.14V
Wasserstoff 0
Blei -0.13V
Zinn -0.14V
Nickel -0.23V
Kobalt -0.29V
Kadmium -0.40V
Eisen -0.44V
Chrom -0.56V
Zink -0.76V
Mangan -1.10V
Aluminium -1.67V
Magnesium -2.40V
Natrium -2.71V
Kalium -2.92V
Lithium -2.96V

Thermisch

Verbindet man zwei verschiedene Metalle und erwärmt die Kontaktstelle, wechseln Elektronen von einem Metall ins andere, es entsteht eine Gleichspannung (Thermospannung).
Die Umkehrung des Effekts führt zum Peltier-Element: Schickt man einen Strom durch die Verbindung, wird je nach Stromrichtung das Element sich abkühlen oder aufheizen.
 
Metall Metall Spannung
Kupfer Kupfer <0,2 µV/ °C
Kupfer Silber 0,3 µV/ °C
Kupfer Gold 0,3 µV/ °C
Kupfer Blei/Zinn 1-3 µV/ °C
Kupfer Silizium 400 µV/ °C
Kupfer Kupferoxid 1000 µV/ °C

 

Optisch

Fällt Licht auf eine Oberfläche, löst das aus dem Material Elektronen heraus. Bei Fotoelementen z.B. Selen mit einer Sperrschicht auf Eisen (Belichtungsmesser)
 

Reibung

Reibt man zwei Isolierstoffe, trennen sich Ladungen, die sehr hohe Spannungen bilden können (statische Aufladung).

Verformung

Quarz, Seignettesalz und Turmalin erzeugen Spannungen, wenn sie Druck oder Zug ausgesetzt werden. Die gleichmässige Kristallstruktur hat eine ausgeglichene Ladungsstruktur. Schneidet man quer dazu Scheiben heraus und verformt diese, trennt das Elektronen zu beiden Seiten und eine recht hohe Spannung entsteht (Kristalltonabnehmersystem, Feuerzeugzünder)
 

Elektronen im Magnetfeld

Dreht man eine Scheibe in einem Magnetfeld, zwingt dieses die Elektronen, auszuweichern, es entsteht eine Spannung zwischen Zentrum und Rand der Scheibe. Die Spannung hängt von der Drehzahl, dem Magnetfeld und dem Radius der Scheibe ab (Barlowsche Scheibe).

Induktion

Bewegt man ein Magnetfeld entlang eines Drahtes oder in einen gewickelten Draht (Spule), zwingt dieses die Elektronen, auszuweichern, es entsteht eine Spannung. Bricht das Magnetfeld zusammen oder seine Bewegung kommt zum Stillstand, ändert die Spannung die Polarität. Es entsteht eine Wechselspannung in Abhängigkeit der Magnetfeldänderung pro Zeiteinheit (siehe Fahrraddynamo).
 

Gleich- / Wechselspannung

Mit Ausnahme der Induktion sind alle Prinzipien gleichspannungsorientiert,  es sei denn der Effekt wird moduliert, dann entsteht eine Wechselspannungskomponente. Im Mikrobereich ist jede Strom- oder Spannungsquelle mit Unregelmässigkeiten behaftet, also mit einer Wechselspannung (Rauschen) überlagert.
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