Pluspol

Ein Pol ist in der Elektrotechnik entweder

• einer der Anschlusspunkte einer Spannungsquelle oder eines el. Dipols (Plus- bzw. Minuspol)

oder

• der Austrittspunkt der magnetischen Feldlinien aus einem magnetischen Kreis innerhalb einer elektrischen Maschine.

Der Pol als Anschlusspunkt

Ein Pol dieser Begrifflichkeit ist 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 Pol (Pluspol, kurz Plus, Zeichen +) und der negative Pol (Minuspol, kurz Minus, Zeichen -). Einzelne elektrische Pole bei Spannungsquellen gibt es nicht, in der Elektrostatik gibt es jedoch auch Monopole.

Bei Wechselspannung wechseln die Pole periodisch ihre Polarität.

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.

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.

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 wird meist die Farbe Rot und dem Minuspol die Farbe Blau zugeordnet.

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 Sicherungsauslösung.
Mechanischer Verpolschutz erfolgt mit geeignet geformten Steckern oder unterschiedlich geformten Kontakten (zum Beispiel die unterschiedlichen Durchmesser der Polbolzen einer Autobatterie).

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

Bestimmung und Messung

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

• mit einem Spannungsmessgerät: 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).

Der Pol als Austrittspunkt magnetischer Feldlinien

In dieser Weise wird der Begriff Pol dann gebraucht, wenn bei einer drehenden elektrischen Maschine (Gleichstrommaschine, Asynchronmaschine, Synchronmaschine) der Ort festgelegt werden soll, an dem die Feldlinien des magnetischen Kreises austreten.

Pole als konstruktives Merkmal

Viele drehende elektrische Maschinen besitzen „ausgeprägte Pole“, das heißt, ihr magnetischer Kreis ist mechanisch oder durch die Materialart derart gestaltet, dass der immer nötige Luftspalt zwischen Stator und Rotor an einer bestimmten Stelle minimal lang ist und die magnetischen Feldlinien daher an dieser Stelle besonders eng beieinander liegen.

Solche Maschinen besitzen ein ausgeprägtes Rastmoment im Bereich der Pole und eine hohe Momentenwelligkeit. Zur Verringerung dieser oft unerwünschten Eigenschaft werden Rotor und Stator vor allem bei Gleichstrommaschinen mit einer Polzahl ohne gemeinsamen Teiler ausgestattet, beispielsweise 2 Pole am Stator und 3 oder 5 Pole am Rotor.

Da magnetische Pole immer nur paarweise auftreten, bilden sich am Rotor an den 3 oder 5 mechanisch „möglichen“ Polen nur 2 magnetische Pole wie am Stator aus. Dadurch gibt es keine so ausgeprägten Raststellungen.

Pole als Zählkriterium

Eine drehende elektrische Maschine kann eine beliebige Anzahl an magnetischen Polpaaren auf ihrem Statorumfang besitzen. Eine Maschine mit höherer Polpaarzahl verhält sich dabei genauso wie eine Maschine mit der geringstmöglichen Polpaarzahl 1, nur dass sich die Zeit zwischen zwei Magnetisierungswechseln bei gleicher Drehzahl des Rotors entsprechend verringert.

Dadurch dreht sich beispielsweise ein Motor mit doppelter Polpaarzahl bei sonst gleichen Parametern halb so schnell (Reibung vernachlässigt).

Siehe auch

• Technik und Bauelemente: Polarität (Physik), Verpolungsschutz, Technische Stromrichtung
• Werkstoffe und Elementarteilchen: Polarisierung, Positron, Elektron, Proton, Defektelektron
• Elektrische Ladungen: Gewitter, Reibungselektrizität, dort auch triboelektrische Spannungsreihe
• Weitere Pole: Magnetismus (Magnetische Pole), Erdpole (Pol (Geomagnetismus), Pol (Geographie))