Die Bewegung von Ladungsträgern setzt das Vorhandensein einer elektrischen Energiequelle voraus. Quellen elektrischer Energie sind beispielsweise Solarzellen, Akkumulatoren oder Dynamomaschinen.
Energie entspricht Arbeit, welche dann verrichtet wird, wenn Energie in einer Form zur anderen umgewandelt wird, beispielsweise die elektrische Energie in magnetische Kraft in Bewegung bei Elektromotoren oder elektrische Energie in Wärme (und Licht) wie bei einer Glühlampe. Elektromotoren und Glühlampen sind gute Beispiele für Verbraucher elektrischer Energie.
Das Energieniveau bzw. die Arbeit W wird in Joule gemessen und bewertet. Ein Joule ist die Arbeit, die verrichtet wird, wenn der Angriffspunkt der Kraft 1 N in Richtung der Kraft um 1 m verschoben wird.
1 Joule = 1 Nm
Damit die Ladung von Energiequelle zum Verbraucher gelangt, muss ein Stromkreis mit möglichst guten Leitern als Leitung geschlossen werden.
Der einfache Stromkreis ist der Gleichstromkreis. Ein anderer Fall ist der Wechselstromkreis, welcher hier nicht weiter thematisiert wird.
Folgenden Schaubilder zeigen einen einfachen Gleichstromkreis mit einer Energiequelle (+ und – Pole) und einem Lichterzeuger als Verbraucher.
Das erste Schaubild veranschaulicht die Richtungsorientierung der positiven und negativen Ladung.
Das zweite Schaubild veranschaulicht das Energieniveau W der Ladung. Das Energieniveau ist zwischen Pluspol und dem Verbraucher höher als zwischen dem Verbraucher und dem Minuspol der Energiequelle, wenn positive Ladung existiert. Am welchen Pol ein hohes/niedriges Energieniveau besteht, hängt von der Art der Ladung ab. Eine positive Ladung hat am Pluspol ein hohes Energieniveau, negative Ladung hat ein hohes Energieniveau am Minuspol.
Potenzial
Wird das Energieniveau W und die Ladung Q ins Verhältnis gesetzt, so ergibt dies das Potenzial in Volt [Einheitseichen: V].
Für das Potenzial ist es unerheblich, ob positive oder negative Ladung besteht.
Im Stromkreis ist das Potenzial am Pluspol höher als am Minuspol, unabhängig von der Art der Ladung. Dies liegt daran, dass das Energieniveau beim Verbraucher abnimmt (und mit immer mehr Verbrauchern immer weiter abnehmen wird).
Spannung
In einem Stromkreis ergeben sich so mehrere, aus Richtung des Pluspols betrachtet, immer weiter abfallende Potenziale. Die Differenz von Potenzialen zwischen Punkten wird als Spannung U bezeichnet.
Wie das Potenzial, das Energieniveau, die Stromstärke und Ladung ist auch die Spannung ein Skalar. Die Spannung ist die Ursache des elektrischen Stroms. Der Drang der Ladungsträger zu fließen, dient dem Ausgleich der Spannung. Die Spannung wird in Volt gemessen.
Bei einer Ladung von 1C zwischen Zwei Punkten in einem Stromkreis, liegt eine Spannung von 1V an, wenn eine Energiedifferenz von einem 1J vorliegt.