Potenziale in einer elektronischen Schaltung

Dabei wird ein bestimmter Punkt M (oder GND oder COM) als "Masse" oder engl. "Ground" bzw. "common" für die gesamte Schaltung festgelegt. Früher war das ein Punkt auf dem massiven Chassis eines Radiogeräts etwa; daher der Name. "Potenzial" ist dann die Spannung eines beliebigen Punktes P der Schaltung gegenüber diesem Punkt M. Zur Messung des jeweiligen "Potenzials" des betreffenden Punktes P wird ein Anschluss des Voltmeters mit der Masse verbunden, der andere mit dem betrachteten Punkt P. Man erhält dann wichtige Hinweise, ob die Schaltung gut funktioniert, oder ob ein Bauteil defekt ist.

Für den Elektroniker wäre es sehr hinderlich, wenn er sich Gedanken darüber machen müsste, ob in seiner Schaltung ein Potenzial im physikalischen Sinn^*) überhaupt existiert. Das wird im Allgemeinen nicht der Fall sein. Aber als Spannung zwischen Masse M und dem betrachteten Punkt P (auch, wenn man sie in der Sprache der Elektronik "das Potenzial des Punktes P" nennt) hat der gemessene Wert eine unverzichtbare Funktion.

Abb. 1: Gleichstromkreis mit Ohm'schem Widerstand R und Kondensator der Kapazität C (mit RC-Glied)

Häufig werden Spannungen gegenüber dem Minuspol oder dem Punkt M gemessen. M heißt häufig "Masse", weil dieser Punkt früher bei elektrischen Geräten mit dem massiven Chassis / Gehäuse verbunden war.

Der Punkt B hat dann ein anderes "Potenzial" als der Punkt A, weil sich die Spannung zwischen B und M von der Spannung zwischen A und M unterscheidet.

^*) Ein Potenzial im physikalischen Sinn ist an die "Wegunabhängigkeit" gebunden. Bei einem elektrischen Potenzial muss (für beliebige Punkte P und Q) die für den Weg von P nach Q aufzuwendende Arbeit von gleichem Betrag wie die von Q nach P zurückgewonnene Arbeit sein. Das gilt sicher in der Elektrostatik. Man kann aber nachweisen, dass ein Potenzial nicht die Energie für einen stationären Strom in einem Stromkreis herbeischaffen könnte. Dazu wird ein Wirbelfeld benötigt. Die Wegunabhängigkeit wird für ein Potenzial gefordert, damit man einem bestimmten Punkt, unabhängig vom Weg dorthin, die Eigenschaft Potenzial zuordnen kann. Z.B. wo zeitlich veränderliche Magnetfelder im Spiel sind, ist das nicht der Fall, weil die Anzeige davon abhängt, ob die Anschlussleitungen zum Voltmeter einen sich ändernden magnetischen Fluss einschließen oder nicht. Streng genommen müssten Elektronik-Experten statt vom Potenzial an der Stelle P im physikalischen Sinn von einer Spannung am Ort P im Vergleich zur Masse sprechen.

Von der "Masse" ist die so genannte "Erde" zu unterscheiden. "Erde" ist eine leitende Verbindung mit dem Erdboden. Evtl. elektrostatische Aufladungen der Schaltung oder des Elektronikers werden so unschädlich gemacht, indem diese Ladungen in den Erdboden abgeleitet werden.

( Februar 2021 )