Big Bang Physik 6, Schulbuch

Grundlagen der Elektrizität 1  22  GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie  77 Zusammenfassung Die Spannung ist der „elektrische Höhenunterschied“ . Sie gibt an, wie viel Energie man benötigt, um eine Ladung in einem elektrischen Feld zu verschieben. Spannung kann immer nur zwischen zwei Punkten angegeben werden. Elektronvolt Um aus einem Wasserstoffatom das Elektron abzulösen (Abb. 22.18), braucht man eine Energie von 2,2 · 10 –18 J. Erstens kann man sich darunter wirklich nichts vorstellen und zweitens ist die Zahl sehr unhandlich. Um sehr kleine Energien angeben zu können, wie sie in der Quantenmechanik oft vorkommen, hat man daher die Einheit Elektronvolt (eV) erfunden. Darunter versteht man die potenzielle Energie eines einzigen Elektrons, wenn dieses im Spannungsfeld von 1V verschoben wird (wie in Tab. 22.3 rechts). Seine Energie beträgt dann E P  = 1,6 · 10 –19  C · 1V = 1,6 · 10 –19  J = 1 eV. Um aus einem Wasserstoffatom das Elektron abzulösen , braucht man eine Energie von 13,6 eV. Auch darunter kann man sich nichts vorstellen, aber die Einheit ist jetzt viel handlicher. i Abb. 22.18:  a) Das Elektron des Wasserstoffs befindet sich als „Wolke“ um das Proton. b) Das Elektron wird vom Atomkern abgelöst. Dazu braucht man 13,6 eV. Z LUIGI GALVANI war Professor für Anatomie in Bologna und machte um 1790 beim Sezieren von Fröschen eine sehr son- derbare Entdeckung. Wenn er einen Froschschenkel gleich- zeitig mit zwei verschiedenen zusammenhängenden Metal- len berührte, begann dieser heftig zu zucken (Abb. 22.19 links). Man verstand diesen Effekt damals noch nicht, aber im Prinzip hatte Galvani durch Zufall eine Batterie erfunden. Der Italiener ALESSANDRO VOLTA hörte von diesen Experi- menten und stellte eigene Versuche an. Er entdeckte, dass man zur Erzeugung von Spannung nur zwei verschiedene elektrische Leiter und einen Elektrolyten benötigt. Darunter versteht man einen meist flüssigen Leiter, in dem der La- dungstransport durch Ionen erfolgt. Volta kombinierte ver- schiedene Metalle und erstellte eine Spannungsreihe – und zwar anhand der Intensität der Geschmacksempfindung, die die Metallkombinationen an seiner Zunge hervorriefen (Tab. 22.5). Um 1800 stellt er seine bedeutendste Erfindung vor: die Voltasäule , die Mutter aller Batterien (Abb. 22.19 rechts)! Bis heute nennt man Batterien „galvanische Ele- mente“, und die Einheit der Spannung wurde das Volt!  Experiment: Auf Voltas Spuren  Info: Blick ins Innere | -> S. 78  Experiment: Kartoffelbatterie | -> S. 78 Abb. 22.19:  Links: Ein Froschschenkel zuckt, wenn man ihn mit zwei verschiedenen Metallen berührt; Rechts: Nachbau einer Volta- Säule aus übereinander geschichteten Zink- und Kupferscheiben, zwischen denen sich jeweils ein elektrolytgetränktes Lederscheib- chen befindet. Auf Voltas Spuren Es gibt zwei Typen von Batterien, bei denen man auch ohne Akrobatik beide Pole gleichzeitig mit der Zunge berühren kann: die 4,5-V-Flachbatterien und die 9-V-Blockzellen. Eine 9-V-Batterie brennt ziemlich auf der Zunge, aber du kannst dabei auf einfa- che Art und Weise überprü- fen, wie viel Saft noch in ihr steckt ( F18 ; Abb. 22.20). Auf ähnliche Weise hat Volta seine Spannungsreihe erstellt. e Abb. 22.20:  Eine Batterie „kosten“ 22.3 Froschschenkelbatterie Batterien als Spannungsquellen In diesem Abschnitt geht es darum, wie vor über 200 Jahren eine zufällige Entdeckung zur Entwicklung der Batterie ge- führt hat. In getrennten Ladungen ist ähnlich wie in gehobenen Gewichten Energie gespeichert. Aber wie schafft man diese Ladungstrennung in Batterien? Es gibt ein sehr einfaches Mittel, um zu testen, wie viel Saft eine 4,5-V-Flachbatterie oder eine 9-V-Block- zelle noch hat! Welches? Was versteht man unter einem Elektronen-Gas? In vielen elektrischen Geräten befinden sich mehrere Batterien. Sie sind immer so angeordnet, dass Plus- und Minus-Pol einander berühren. Was hat das für einen Sinn? F17 W2  F18 E2  F19 W1  F20 E2  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv