Mir ist aufgefallen, dass ein einzelner Batteriepol keine ausgezeichnete Spannung gegenueber Erde besitzt. Auch ist die Spannung, die eine Batterie an einen Stromkreis liefert, abhaengig von der Belastung. Deshalb folgende Frage:
Wie entsteht die Spannung in einer Batterie, und speziell warum addiert sich die Spannung bei Serienschaltung zweier Batterien?
Semjon.
Eine Batterie ist ein galvanisches Element, die Spannung entsteht durch den Unterschied der Elektrodenpotentiale.
(Spannung = Potentialdifferenz)
Deswegen merkst Du auch nichts, wenn Du einen Pol erdest. Du musst schon die beiden "Elektroden"(=Pole) ueberbruecken.
Wenn Du zwei Batterien in Reihe schaltest, hast Du eine Reihenschaltung der Potentialdifferenzen, d.h. die Differenzen addieren sich zu einer groesseren Spannung.
Die Spannung bleibt nicht konstant, weil mit der Zeit die Konzentrationsunterschiede im Innern der Batterie (=die Ursache fuer die Potentialdifferenz) ausgeglichen werden. Bei hoher Belastung kann es also sein, dass deine Batterie schnell schlapp macht (und nicht die volle Spannung zeigt)
p.s. darf man fragen, wie Du an diese physik.tu-muenchen.de - adresse kommst ?
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hi Matthias,
Eine Batterie ist ein galvanisches
Element, die Spannung entsteht durch den
Unterschied der Elektrodenpotentiale.
Ok, aber "galvanisches Element" ist nur ein Wort. Wie funktioniert es denn jetzt???
(Spannung = Potentialdifferenz)
Deswegen
Weswegen???
merkst Du auch nichts, wenn Du
einen Pol erdest. Du musst schon die
beiden "Elektroden"(=Pole) ueberbruecken.
Wenn Du zwei Batterien in Reihe
schaltest, hast Du eine Reihenschaltung
der Potentialdifferenzen, d.h. die
Differenzen addieren sich zu einer
groesseren Spannung.
WARUM addieren sich die Spannungen?
Die Spannung bleibt nicht konstant, weil
mit der Zeit die
Konzentrationsunterschiede
Die Konzentration von WAS?
im Innern der
Batterie (=die Ursache fuer die
Potentialdifferenz)
Weshalb die Ursache?
ausgeglichen werden.
Bei hoher Belastung kann es also sein,
dass deine Batterie schnell schlapp macht
(und nicht die volle Spannung zeigt)
p.s. darf man fragen, wie Du an diese
physik.tu-muenchen.de - adresse kommst ?
Darfst du, ich bin hingegangen und hab mich an der Uni eingeschrieben.
Gruss Semjon.
Hallo Semjom!
Vl kann ich dir helfen!
Eine Batterie ist ein galvanisches
Element, die Spannung entsteht durch den
Unterschied der Elektrodenpotentiale.
Ok, aber "galvanisches Element" ist nur
ein Wort. Wie funktioniert es denn
jetzt???
Ein galvanischen Halblement ist in den einfachsten Fällen ein Metallstab, der in die Lösung seiner Ionen eintaucht. Dieser Zustand ist keineswegs statisch; Es löst sich dauernd Metall, das ionisch in Lösung geht (und seine Elektronen zurücklässt), während sich Metallionen aus der Lösung, unter Aufnahme der Elektronen wieder abscheiden. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein, daß vorranging durch die Konzentration der Lösung bestimmt wird.
Der Überschuß bzw. Mangel an Elektronen in diesem System wird Potential genannt und wird durch die Nernst'sche Gleichung beschrieben.
Um so ein Potential zu messen (eine direkte Messung ist nicht möglich), muß man das galvanische Halbelement mit einem anderen bekannten Potentials verbinden. Diese Anordnung heisst galvanischen Element. Nun wird zwischen den beiden Elementen der Ladungsüberschuß bzw. -mangel angeglichen; Es fließt Strom!
Dieser Strom (also Spannung dessen) entspricht der Potentialdifferenz der beiden galvanischen Halbelemente.
Man unterscheidet grundsätzlich zw. zwei verschiedenen galvanischen Elementen:
-) Elemente, die aus zwei verschiedenen Metallen bestehen, und da jedes Element ein anderes Standardpotential (also das Potential eines standardisierten Halbelements) hat, kommt es bei gleichen Konzentrationen zu einer Pot.diff.
-) Konzentrationselemente, die aus zwei Halbelementen des gleichen Metalls bestehen, aber mit unterschiedlichen Konz.
Ich hoffe, ich konnte dir helfen!
mfg!
BStefan
Hallo Semjon
Mir ist aufgefallen, dass ein einzelner
Batteriepol keine ausgezeichnete Spannung
gegenueber Erde besitzt.
Alles ist relativ, so auch die Spannung.
Die Spanung ist die Potenzial-Differenz zwischen 2 Punkten. Um einen deffinierten Potenzial-Unterschied zu bekommen muss auch die Möglichkeit bestehen die Ladung zwischen diesen beiden Punkten auszugleichen, sprich es muss eine leitende Verbindung bestehen und die Luft zwischen Erde und dem anderen Batterie-Pol leitet nun mal normalerweise nicht !
Auch ist die
Spannung, die eine Batterie an einen
Stromkreis liefert, abhaengig von der
Belastung.
Wie alles im Leben, hat auch deine real existierende Batterie ihre Mängel, sprich sie hat einen Innen-Widerstand. Näheres dazu findet sich im Ohm'schen Gestz.
Deshalb folgende Frage:
Wie entsteht die Spannung in einer
Batterie, und speziell warum addiert sich
die Spannung bei Serienschaltung zweier
Batterien?
Siehe Artikel von Mathias
MfG Peter(TOO)
P.S. Das mit der physik.tu-muenchen Adresse interresiert mich auch!
Hi Peter,
Alles ist relativ, so auch die Spannung.
Die Spanung ist die Potenzial-Differenz
zwischen 2 Punkten.
Ok.
Um einen deffinierten
Potenzial-Unterschied zu bekommen muss
auch die Möglichkeit bestehen die Ladung
zwischen diesen beiden Punkten
auszugleichen, sprich es muss eine
leitende Verbindung bestehen und die Luft
zwischen Erde und dem anderen
Batterie-Pol leitet nun mal normalerweise
nicht
Ich glaube nicht, dass man das so einfach sagen kann.
Folgendes (Gedanken-)Experiment: Ich verbinde den Pluspol der Batterie mit Erde. Es aendert sich dabei nichts, i.e. es fliesst kein Strom (vielleicht kurzzeitig, wenn der Metallkontakt elektostatisch aufgeladen war). Pluspol und Erde sind dann auf gleichem Potential, auch wenn ich die Verbindung wieder trenne. Wenn ich jetzt davon ausgehe, dass zwischen den Polen einer handelsueblichen Batterie grundsaetzlich 1.5V Spannung besteht, dann besteht zwischen Minuspol und Erde jetzt eine Spannung von 1.5V, oder???
Auch ist die
Spannung, die eine Batterie an einen
Stromkreis liefert, abhaengig von der
Belastung.
Wie alles im Leben, hat auch deine real
existierende Batterie ihre Mängel, sprich
sie hat einen Innen-Widerstand. Näheres
dazu findet sich im Ohm'schen Gestz.
Wodurch entsteht dieser Innenwiderstand?
Semjon.
Hallo Semjon
Alles ist relativ, so auch die Spannung !!!
Folgendes (Gedanken-)Experiment: Ich
verbinde den Pluspol der Batterie mit
Erde. Es aendert sich dabei nichts, i.e.
es fliesst kein Strom (vielleicht
kurzzeitig, wenn der Metallkontakt
elektostatisch aufgeladen war). Pluspol
und Erde sind dann auf gleichem
Potential, auch wenn ich die Verbindung
wieder trenne. Wenn ich jetzt davon
ausgehe, dass zwischen den Polen einer
handelsueblichen Batterie grundsaetzlich
1.5V Spannung besteht, dann besteht
zwischen Minuspol und Erde jetzt eine
Spannung von 1.5V, oder???
Hier machst du ein paar Denkfehler !
1. in deinem Gedanken-Experiment machst du jetzt 2 Messungen, einmal Pluspol gegen Erde (du sorgst ja dafür , dass die Differenz 0V ist) und dann Minuspol gegen Erde.
2. Du gehst einfach davon aus, dass sich bei der 2ten Messung das Potential zwischen Pluspol und Erde nicht ändert!
3. Bei jeder Messung musst du auch einen Potential-Ausgleich mit deinem Messgerät bewerkstelligen und das hat aber wieder einen Einfluss auf den anderen Batteriepol!
4. Du sprichst einerseits von elektrostatischen Ladungen zwischen Pluspol und Erde und anschliessend postulierst du, dass diese gar nicht existieren können (siehe Punkt 2.)
Wie alles im Leben, hat auch deine real
existierende Batterie ihre Mängel, sprich
sie hat einen Innen-Widerstand. Näheres
dazu findet sich im Ohm'schen Gestz.
Wodurch entsteht dieser Innenwiderstand?
1. Jeder Leiter hat nun mal einen Widerstand und irgenwie hast du ja auch zwei Metal-Kontakte an deiner Batterie!
2. Einen Teil des Weges legt der Strom durch die Kohle zurück (bei einem Kohle-Zink Primär-Element).
3. Der Strom wird auf einem Teil des Weges durch den Elektrolyten transportiert. Elektrolyte sind schlechtere Leiter als Metalle.
4. In deiner Batterie läuft ein elektro-chemischer Prozess ab wenn ein Strom fliesst. Chemische Prozesse haben nun mal eine endliche Ablaufgeschwindikeit und somit kann auch nur eine endliche Zahl von Ionen und Elektronen pro Zeit freigesetzt werden. Der Strom (1 Ampere = 1 Coulomb/Sekunde) entspricht ja einer bestimmten Anzahl Elektronen pro Sekunde und kann somit nicht unendlich gross werden.
Der Innenwiderstand setzt sich aus diesen 4 Komponenten zusammen.
Komm jetzt bloss nicht mit Supraleitung, bei dieser Temperatur kannst du keine chemische Reaktion mehr bewerkstelligen !
MfG Peter(TOO)
Hi Peter!
Alles ist relativ, so auch die Spannung
Ähem... aber da kann ich Dir - im Gegensatz zum Rest Deines Postings - nicht zustimmen: Die Spannung ist doch gerade das, was *nicht* relativ ist! Die relative Größe ist das *Potential*: Das ist auch für einen Pol alleine (allgemein: für jeden einzelnen Punkt im elektrostatischen Feld) definiert, bedarf dazu jedoch eines Referenzpunktes, der festgelegt sein muß (z. B. "Erde" oder "Unendlich" oder "Masse" (der Autokarosserie)). Die Spannung ist als Differenz zweier Potentiale dagegen eine absolute Größe.
Mit freundlichem Gruß
Martin
Hallo Martin
Alles ist relativ, so auch die Spannung
Ähem... aber da kann ich Dir - im
Gegensatz zum Rest Deines Postings -
nicht zustimmen: Die Spannung ist doch
gerade das, was *nicht* relativ ist! Die
relative Größe ist das *Potential*: Das
ist auch für einen Pol alleine
(allgemein: für jeden einzelnen Punkt im
elektrostatischen Feld) definiert, bedarf
dazu jedoch eines Referenzpunktes, der
festgelegt sein muß (z. B. "Erde" oder
"Unendlich" oder "Masse" (der
Autokarosserie)). Die Spannung ist als
Differenz zweier Potentiale dagegen eine
absolute Größe.
Du hast natürlich Recht, mit der Spannung, vom mathematischen Standpunkt betrachtet.
Aber, Ähem ...., eine Spannungs-Angabe *ohne* den Bezugspunkt zu nennen ist ist nicht brauchbar, oder kannst du mit der Angabe "3 Volt" irgend etwas vernüftiges anfangen ??? Du kannst daraus nur schliessen, dass irgendwo im Universum diese Potential-Differenz aufgetreten ist, aber mehr nicht!
Insofern ist diese Grösse nur bezogen auf ein definiertes System von irgend einer Aussagekraft, also doch *relativ*.
Das gleiche Problem hast du auch mit "3 Meter", Strassenbreite, länge der Schnur..... ?!?!
Zudem gilt in der Praxis leider immer noch:
Wer misst, misst Mist.
MfG Peter(TOO)
Wie entsteht die Spannung in einer
Batterie, und speziell warum addiert sich
die Spannung bei Serienschaltung zweier
Batterien?
Eine Batterie ist eine galvanische Zelle welche ihrerseits aus Elektroden aufgebaut ist. Die Spannung der galvanischen Zelle ist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden.
Die Entstehung der Elektrodenpotentiale möchte ich anhand eines Beispiels vereinfachend erläutern: Wenn ich einen Silberdraht in eine Lösung von Silberionen halte, dann ist das Ergebnis eine Ag/Ag+-Elektrode. Da Silber ein unedles Metall ist versuchen die Ag+-Ionen sich an den Silberdraht anzulagern, worauf sich dieser positiv auflädt. Durch die dadurch entstehende elektrostatische Abstoßung zwischen den positiven Ag+-Ionen in der Lösung und dem nunmehr ebenfalls positiv geladenen Silberdraht stellt sich ein elektrochemisches Gleichgewicht ein.
Was passiert, wenn ich diese Elektrode Erde?
Durch Zufuhr von Elektronen wird der Silberdraht entladen und weitere Silberionen können sich anlagern. Dadurch verarmt die Lösung an Kationen und es entsteht ein Überschuß von Anionen. Durch die dadurch entstehende elektrostatische Anziehung zwischen den positiven Ag+-Ionen und der nunmehr negativ geladenen Lösung stellt sich wiederum ein elektrochemisches Gleichgewicht ein. Zwischen Erde und Elektrode wird also schon nach kürzester Zeit keine Potentialdifferenz mehr meßbar sein. Die gesamte Elektrode wäre dann zwar elektrisch aufgeladen, aber diese Ladung ist so klein, daß sie praktisch nicht meßbar ist.
Was passiert, wenn ich die Elektrode mit einer weiteren Elektrode verbinde?
Nehmen wir an, es handelt sich bei dieser Elektrode um eine Zn/Zn2+-Elektrode, so werden die Zinkatome bestrebt sein als Ionen in Lösung zu gehen, wobei sie jeweils zwei Elektronen im Metall zurücklassen. Wenn diese Elektronen nicht abgeführt werden kommt es ebenfalls zu einem elektrochemischen Gleichgewicht. Wenn man die beiden Elektroden aber durch einen Elektronenleiter verbindet, dann liefert die Zn/Zn2+-Elektrode genau die Elektronen, welche die Ag+-Ionen zum Ladungsausgleich benötigt. Die Freude wäre aber von sehr kurzer Dauer, weil sich die Lösung um die Ag/Ag+-Elektrone genau wie beim Erden negativ und um die Zn/Zn2+-Elektrode positiv auflädt, wodurch der Prozeß wiederum gestoppt wird. Wenn man die Elektroden nun aber zusätzlich mit einem Ionenleiter verbindet, dann werden die fehlenden Ag+-Ionen umgehend durch Zn2+-Ionen ausgelichen und der Prozeß kommt erst zum Stillstand, wenn sich alle Ag+-Ionen am Silberdraht angelagert haben oder der Zinkdraht in Lösung gegangen ist.
Der Trick besteht darin, daß man die bei der elektrochemischen Reaktion 2Ag+ + Zn -> 2Ag + Zn2+ ausgetauschten Elektronen zwingt sich auf einem anderen Weg von einem Reaktionsort zum anderen zu bewegen, als die Ionen. Der dabei entstehende elektrische Strom kann technisch genutzt werden und die Triebkraft, welche zu diesem Strom führt wird elektromotorische Kraft, Potentialdifferenz oder einfach Zellspannung genannt. Diese Spannung muß übrigens Stromlos gemessen werden, weil sie nach der NERNST-Gleichung sofort abfällt, wenn es durch den Stromfluß zu Konzentrationsänderungen an den Elektroden kommt.
Wen ich zwei dieser galvanischen Zellen in Reihe schalten will, dann verbinde ich die die Zink-Elektrode Zn1 der ersten Zelle mit der Silebrelektrode Ag2 zweiten. Weil über einem verschwindend kleinen Wiederstand keine Spannung abfällt, ist die Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden null. Damit die Elektroden im chemischen Gleichgewicht stehen, müssen die Potentialdifferenzen zwischen Ag1 und Zn1 genau wie die zwischen Ag2 und Zn2 exakt derjenigen einer einzelnen Zelle entsprechen. Daraus folgt automatisch, daß die Spannung zwischen Ag1 und Zn2 gleich der Summe der Einzelspannungen ist.