De elektrische spanning is het potentiaalverschil tussen twee punten in een elektrische kring. Het potentiaalverschil wordt gedefinieerd als de hoeveelheid arbeid die per ladingseenheid verricht moet worden om een elektrische lading van het tweede punt naar het eerste punt te verplaatsen. Een equivalente definitie is de hoeveelheid arbeid die een eenheidslading kan verrichten die van het eerste naar het tweede punt stroomt. In het SI systeem wordt de elektrische spanning gemeten in Volt, genoemd naar Alessandro Volta. Eén volt is gedefinieerd als één Joule per Coulomb. Een elektrische spanning tussen twee punten veroorzaakt een kracht. Deze kracht is meestal niet erg groot, maar kan bijvoorbeeld wel veroorzaken dat droog en goed gewassen haar overeind gaat staan, doordat door gelijke lading deze onderling worden afgestoten. De haren worden hierbij aangetrokken door de gebruikte kam, die door het kammen een andere elektrische lading heeft gekregen dan het haar. Hiervoor is niet - zoals zo vaak wordt gedacht - de wrijving verantwoordelijk, maar het tijdelijke kontakt. De wrijving intensiveert uiteraard wel het kontakt en daarmee de efficiëntie van het vergroten van de spanning.
Spanningsbronnen zijn bijvoorbeeld een batterij of accu, een generator of dynamo, of een condensator (in alle gevallen opgeladen dan wel in werking). Naast de spanningsbron waarbij de afgegeven spanning zoveel mogelijk constant wordt gehouden, kennen we als tegenhanger de stroombron waarbij de stroom zoveel mogelijk constant wordt gehouden (Bijv: Van De Graaff generator).
Toepassingen
De netspanning in Europa bedraagt meestal 230 Volt. De Nederlandse treinen gebruiken 1500 Volt gelijkspanning, maar in de toekomst zal men steeds meer overgaan op 25000 Volt wisselspanning in verband met de nadelen van gelijkspanning over lange trajecten (grote energie-verliezen in de leidingen). Metrotreinen rijden veelal op 750 Volt gelijkspanning. Zie ook: Elektrificatie
Er bestaan zeer vele toepassingen van elektrische spanning. Veelal wordt spanning gebruikt om elektrische energie om te zetten in mechanische energie (bijvoorbeeld in een elektrische trein, of een elektrische tandenborstel). Ook wordt de elektrische spanning omgezet in licht, via een lamp, of in warmte door veel stroom te laten lopen door een grote weerstand (in een wasmachine of in een elektrische kachel).
Gelijkspanning en wisselspanning
Bij bovengenoemde toepassingen kan de gebruikte technologie worden onderscheiden in die gebruik maakt van gelijkspanning, dat is spanning waarvan het niveau in de tijd globaal gezien constant is, en die gebruik maakt van wisselspanning, die in de tijd gezien in niveau varieert, dit laatste meestal in de vorm van een sinus.
Gelijkspanning wordt veel gebruikt in toepassingen waar een lage stroom voldoende energie levert. Het kan eenvoudig worden geleverd door een batterij. Vanaf de 19e eeuw is de toepassing van gelijkspanning meer en meer verlaten ten gunste van wisselspanning, vooral omdat wisselstromen met minder verliezen getransporteerd kunnen worden over grote afstanden dan gelijkstroom.
Het voordeel van een wisselspanning is ook dat deze met behulp van een transformator naar een ander niveau kan worden omgezet, zonder dat daarbij veel energie verloren gaat.
Spanning in een stroomkring
Een elektrische spanning in een stroomkring ontstaat alleen over twee punten van een weerstand. Als er stroom loopt door een perfect geleidende draad, zal er geen spanning te meten zijn over de uiteinden van die draad.
Spanning is een grootheid die zich additief gedraagt. De spanning tussen twee punten A en C (via B) is gelijk aan de spanning tussen A en B plus de spanning tussen B en C. (spanningswet van Kirchhoff
Water analogie
Men kan een elektrische kring beschouwen in analogie met rondstromend water in een netwerk van pijpen. De batterij in de stroomkring komt dan overeen met een waterpomp in de waterkring. Bij verwaarlozing van de zwaartekracht in deze gedachtegang komt het spanningsverschil overeen met het drukverschil tussen twee punten in het waternetwerk. Als er een drukverschil is tussen twee punten, dan kan het water als het hierlangs stroomt arbeid verrichten (bijvoorbeeld een turbine aandrijven. Als er geen drukverschil is kan er wel water stromen, maar kan er geen arbeid worden verricht.
De water analogie kan ver worden doorgedacht. Zo zal een grotere druk een sterkere waterstroom veroorzaken. Een grotere spanning veroorzaakt dan ook een grotere stroom. Een weerstand kan worden vergeleken met een vernauwing in de waterpijpen. Over deze vernauwing ontstaat een drukverschil, net zoals over de weerstand een spanningsverschil ontstaat.
Meten van spanning
Spanning kan worden gemeten met een voltmeter. De meest eenvoudige analoge voltmeter meet in feite de elektrische stroom door een vaste weerstand. Volgens de Wet van Ohm is de spanning evenredig met de door de weerstand lopende stroom en is de aanwijzing een maat voor het te meten spanningsverschil. Een andere manier van spanning meten is met een oscilloscoop. Dit instrument versterkt het spanningsverschil en gebruikt het om een bundel elektronen af te buigen. Ook deze afbuiging is evenredig met het spanningsverschil. Het voordeel van een oscilloscoop is dat snelle, cyclische, variaties (oscillaties) van de spanning zichtbaar gemaakt kunnen worden.
Doorslagspanning
Als de spanning tussen twee punten zonder elektrisch geleidende verbinding hoger wordt dan de doorslagspanning van het medium dat tussen de punten ligt ontstaat een vonk. Een voorbeeld die in de natuur voorkomt is de bliksem.
