Big Bang Physik 6, Schulbuch

78  GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie Stoff Spannung Stoff Spannung Gold (Au) 0 V Blei (Pb) –1,82 V Platin (Pt) –0,57 V Eisen (Fe) –2,14 V Silber (Ag) –0,89 V Zink (Zn) –2,45 V Kohle (C) –0,94 V Aluminium (Al) –4,03 V Kupfer (Cu) –1,17 V Lithium (Li) –4,73 V Tab. 22.5:  Spannungsreihe einiger Metalle und von Kohle. Volta erstellte seine Spannungsreihe ohne Angabe der Spannung. Der Nullpunkt wurde hier beim edelsten Metall gewählt. Die Spannung zwischen zwei Stoffen ist die Differenz der angegebenen Werte (bei Zink und Kupfer sind es knapp 1,3V). Zusammenfassung Die Oberfläche von Metallen löst sich in einem Elektrolyten auf. Weil sich unedle Metalle stärker auflösen, kannst du zwischen zwei verschiedenen Metallen eine elektrische Spannung erzeugen. Das ist das Prinzip jeder Batterie . Blick ins Innere Die genauen Vorgänge in einer Batterie sind ziemlich kompliziert, aber die grundlegenden Prinzipien sind recht einfach ( F17 ). Du musst dazu nur zwei Sachen wissen: 1) Elektronen bewegen sich in Metallen praktisch frei. Deshalb spricht man vom Elektronengas ( F19 ). Die fixen Atomrümpfe sind daher positiv geladen. 2) Je unedler ein Metall, desto stärker löst es sich in einem Elektrolyten auf. Dabei gehen nur die Atomrümpfe (also die positiven Ionen) in den Elektrolyten über, die Elektronen bleiben im Metall. Nimm an, du tauchst Zink (Zn) und Kupfer (Cu) in einen Elektrolyten (Abb. 22.21). Aus dem Zink lösen sich mehr positive Ionen als aus dem Kupfer. Deshalb bleiben im Zink mehr Elektronen zurück. Das unedlere Metall, in diesem Fall Zink, bildet daher immer den negativen Pol. Der Elektrolyt ist notwendig, damit der Stromkreis geschlossen ist. In ihm bewegen sich positive Ladungen. Alle Batterien funktionieren nach diesem Prinzip. Allerdings verwendet man nicht immer zwei Metalle, sondern manch- mal auch Kohle (in der Alkali-Batterie ) oder Bleioxid (bei Akku im Auto) für den zweiten Pol. i Abb. 22.21:  Prinzip einer Batterie Z . Kartoffelbatterie Mit folgenden Dingen kannst du selbst eine Batterie herstellen: Erdäpfel, Cent-Stücke (weil diese mit Kupfer überzogen sind), Beilagscheiben (die sind meist aus Eisen oder Zink), Draht und Büroklammern Du steckst in jeden Erdapfel eine Cent-Münze und eine Beilagscheibe und verbindest diese mit Drähten, so wie in Abb. 22.22. Mit dieser Kartoffelbatterie kannst du deutlich über 2V erzeugen und eine Leuchtdiode (LED) schwach zum Leuchten bringen – du musst den Versuch im Dunkeln durchführen. Der Grund für das schwache Leuchten liegt in der geringen Stromstärke (Kap. 23.1) von knapp 0,2mA, die du auf diese Weise erzielen kannst. Beachte: Die LED leuch- tet nur, wenn du sie richtig polst! Du kannst mit dieser Bat- terie auch einen Kopfhörer zum Knacken bringen, wenn du mit den Polenden über den Anschluss streichst. e Abb. 22.22:  Diese Anordnung ist eine Serienschaltung. Dabei addieren sich die Spannungen ( F20 ). Grundlagen der Elektrizität 1 Besteht ein Unterschied zwischen dem Erzeugen von Ladungen „aus dem Nichts“ und der Reibungselektri- zität (Abb. 22.5 und Abb. 22.6, S. 71)? Es klingt doch sehr ähnlich! L Wenn nur negative Ladungen fließen können, wie ist es dann möglich, dass man die positiven Ladungen von einem Glasstab abstreift (Abb. 22.11 c, S. 74)? L Wenn man beim Essen von Schokolade zufällig auf ein Stück Alufolie beißt, dann fühlt sich das manch- mal unangenehm an. Wann und warum? L Rechne die Angaben in Tab. 22.4, S. 76 nach. Wie viel Energie benötigt man mindestens, um ein Elektron-Positron-Paar zu erzeugen? Du brauchst dafür die berühmte Gleichung E = mc 2 . Die Masse von Elektron und Positron beträgt je 9,1 ∙ 10 –31  kg und die Lichtgeschwindigkeit c liegt bei 3 ∙ 10 8 m/s. L 22 F21 E2  F22 E2  F23 E2  F24 W1  F25 W2  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv