Pol (Elektrizität)

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Ein Pol ist in der Elektrotechnik eine der beiden Anschlussstellen eines Stromanschlusses (Elektrogerät, Bauteil, Batterie). Viele elektrische Verbindungen müssen polrichtig erfolgen, das heißt mit richtiger Polung.

Eine elektrische Spannung hat immer zwei Pole, zwischen denen eine Potentialdifferenz vorliegt. Bei Gleichspannung sind dies der positive (Pluspol, kurz Plus, Zeichen +) und der negative Pol (Minuspol, kurz Minus, Zeichen -). Einzelne elektrische Pole gibt es nicht.

Bei Wechselspannung wechseln die Pole periodisch ihre Lage; auch hier ist jedoch häufig eine Polarität vorgeschrieben, zum Beispiel, um eine bestimmte Phasenlage zu einer anderen Wechselspannung einzuhalten.

Da die Pole der Kennzeichnung einer Potentialdifferenz dienen, ist ihre Polarität nicht an absolut vorhandene positive oder negative elektrische Ladungen gebunden - vielmehr besteht zwischen beiden Polen nur eine Differenz der Zahl der (positiven oder negativen) Ladungen.

[Bearbeiten] Geschichte

Wenn man Bernstein, einen Glasstab, eine Harz- oder eine Siegellackstange an Wolle oder Fell reibt, bemerkt man, dass leichte Körper (z. B. Staub) angezogen werden. Das Phänomen kannten schon die Griechen beim Bernstein, den sie „Elektron“ nannten. Dieser Bereich der Physik wurde später zur Elektrizitätslehre.

Man fand, dass der dabei auftretende Ladung (z. B. der des Glasstabs), stets eine gleich große entgegengesetzte Ladung gegenübersteht. Vereinigt man die beiden entstandenen Ladungen, so heben sie einander auf (neutralisieren sich). Die Ladungen entstehen durch eine Ladungstrennung, die beim Reiben auftritt. Meyers Großes Konversationslexikon 1909, Bd. 6. S. 664, schreibt dazu:

„Zwei Größen, die sich so verhalten, bezeichnet man als entgegengesetzte, und zwar die eine als positiv, die andere als negativ. …. Welche von beiden als positiv zu betrachten sei, darüber geben uns die Erscheinungen selbst keinen Wink; man ist aber übereingekommen, die Glaselektrizität positiv, die Harzelektrizität negativ zu nennen.“

Es wurde also festgelegt, welcher der beiden Pole als positiver und welcher als negativer Pol zu bezeichnen ist - die „Glaselektrizität“ wurde als „positiv“ festgelegt, unabhängig davon, wodurch (z. B. geriebener Stab, Batterie, Dynamo, Blitz) der Potentialunterschied zwischen den Polen hergestellt wird. Als später jene Teilchen entdeckt wurden, derentwegen die Harz- (Bernstein-)Elektrizität „negativ“ ist, wurde der griechische Namen für Bernstein – Elektron – auf diese Teilchen übertragen und damit wurden Elektronen zu negativen Ladungsträgern.

[Bearbeiten] Technische Bedeutung

Bei Batterien, Akkumulatoren und elektrochemischen Elementen ergibt sich die Polung aus der elektrochemischen Spannungsreihe. Bei Thermoelementen ergibt sie sich aus der thermoelektrischen Spannungsreihe.

Bei Gleichspannung herrscht in metallischen Leitern am Pluspol Elektronenmangel und am Minuspol Elektronenüberschuss.

Dem Pluspol ist die Farbe rot und dem Minuspol die Farbe blau zugeordnet.

[Bearbeiten] Verpolungsschutz

Viele Geräte und Baugruppen (Sensoren, Batterien, Stecker) sind gegen eine Verwechslung der Pole geschützt. Entweder sind sie elektrisch gegen eine Verpolung geschützt, ein falscher Anschluss führt in diesem Falle nicht zu einer Zerstörung oder nur zu einer Sicherungs-Auslösung.
Mechanischer Verpolschutz erfolgt mit geeignet geformten Steckern oder unterschiedlich geformten Kontakten (zum Beispiel die unterschiedlichen Durchmesser der Polbolzen einer Autobatterie).

[Bearbeiten] Polung bei Wechselspannungen

Bei Wechselspannung ist oft ebenfalls die Polzuordnung vorgeschrieben, um eine korrekte Phasen oder Potentialzuordnung zu erreichen. Beispiele sind Lautsprecherboxen oder die Wicklungen von Übertragern und Transformatoren. Da die Kennzeichnung mit „+“ und „-“ irreführend wäre (jedoch dennoch zuweilen so erfolgt), haben sich folgende Begriffe etabliert:

„kalt“ für Erdpotential und „heiß“ für den Gegenpol (Nachrichtentechnik; bei symmetrischer Signalübertragung auch für die 0°- und die 180°-Phase)
Nulleiter für Erdpotential und Außenleiter oder „Phase“ für den Gegenpol (Stromnetz)
Sternchen für Anschlüsse gleicher Phasenlage (Kennzeichnung der Wicklungen von Transformatoren in einem Stromlaufplan)
rot und schwarz (oder keine Kennfarbe) zum phasenrichtigen Anschluss von Lautsprechern und Lautsprecherboxen

[Bearbeiten] Bestimmung und Messung

Die Art eines Poles gegenüber dem Gegenpol oder gegenüber Erde kann folgendermaßen bestimmt werden:

mit einem Voltmeter: es zeigt die (richtige) Polarität durch ein (fehlendes) Minuszeichen oder die Richtung des Zeigerausschlages an
die Polart gegenüber Erdpotential mit einem Elektrofeldmeter

Weitere Hilfsmittel:

bei einem Phasenprüfer oder einer Glimmlampe leuchtet bei Gleichspannung die negative Elektrode (Kathode)
Ausnutzen des Verhaltens einer Diode: ist sie in technischer Stromrichtung (Plus nach Minus) in Serie zu einem Verbraucher (zum Beispiel eine Glühlampe) geschaltet, kann nur dann Strom fließen, wenn ihre Kathode in Richtung des negativen Pols liegt. Das Sympol der Diode zeigt die technische Stromrichtung an.
bei Hochspannung mit einer Probeladung (siehe elektrostatische Anziehung)