Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Grundlagen des elektrischen Stromes. Alle Fragen zu Elektronik und Elektro sind erwünscht.

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Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon lalelu am Dienstag 1. Januar 2013, 12:54

Hallo,
meine Tocher brachte mich heute in ziemliche Verlegenheit als sie mich mit einer simplen Frage über ihre Hausaufgaben (sie haben im Sachunterricht mit 1,5V Batterien und LEDs Grundlagen des Stromkreises gemacht und sollten zuhause noch weiterprobieren) konfrontierte:

"Warum leuchtet die Lampe [LED] nur, wenn ich die an die gleichen Batterie halte und nicht zwischen zwei unterschiedlichen?"

Was sie meinte war: Warum gibt es einen Stromkreis wenn sie die LED zwischen + und - Pol einer Batterie anschließt und warum keinen wenn sie den + pol einer batterie über die LED mit dem - pol einer anderen Batterie gleicher Spannung verbindet?

Ich war ein bisschen überfordert und hab ihr gesagt, dass es dann ja kein Kreis ist. Das war ihr genug. Mir aber nicht. Ich würde ihr gerne noch eine bessere Erklärung nachliefern...

Freue mich über Hilfe!!! :roll:
lalelu
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 1. Januar 2013, 13:06

Warum gibt es einen Stromkreis wenn sie die LED zwischen + und - Pol einer Batterie anschließt und warum keinen wenn sie den + pol einer batterie über die LED mit dem - pol einer anderen Batterie gleicher Spannung verbindet?
Wenn die nicht mit den LED verbundenen Pole der beiden Batterien miteinander verbunden werden, würde die LED schon leuchten.
Allerdings bekommt die LED dann die doppelte Spannung und wie lange sie das aushält, steht auf einem anderen Blatt.

Wenn aber die beiden Batterien nicht miteinander verbunden sind, existiert wirklich kein Stromkreis, denn die Elektronen können nicht durch die Luft fliessen. Dazu brauchte man extrem hohe Spannungen, wie sie etwa bei einem Gewitter vorkommen.
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon lalelu am Dienstag 1. Januar 2013, 13:44

anders hat geschrieben:Wenn aber die beiden Batterien nicht miteinander verbunden sind, existiert wirklich kein Stromkreis, denn die Elektronen können nicht durch die Luft fliessen.


Danke für die Antwort. Dann habe ich meine tochter immerhin nicht aus unwissen angelogen. Leider verstehe ich aus mangelnder Bildung noch nicht richtig warum da keine elektronen fließen können. Ist es nicht so dass der minuspol der einen batterie überschüssige elektronen hat und der + pol zu wenige? warum ist es da nicht egal woher die elektronen kommen die dann zum + pol fließen?
lalelu
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Dienstag 1. Januar 2013, 14:13

Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon anders am Mittwoch 2. Januar 2013, 03:11

Ist es nicht so dass der minuspol der einen batterie überschüssige elektronen hat und der + pol zu wenige
Das ist richtig, und dieser Differenz entspricht einer elektrischen Spannung.
Damit ein Strom fliesst, müssen die Elektronen aber in Bewegung sein und die dafür erforderlichen Wege sind oftmals versperrt.

Damit die LED leuchtet, muss ein Strom fliessen. Dafür sind Elektronen verantwortlich.
In Luft sind die meisten Elektronen fest an die Stickstoff- und sauerstoff-Moleküle der Luft gebunden, welche wiederum elektrisch neutral sind.
Es gibt da nur ganz wenige freie Elektronen, die sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes in Bewegung setzen könnten.
Da die Ladung eines einzelnen Elektrons aber sehr gering ist, braucht man selbst für kleine Ströme enorm viele davon.
Beispielsweise müssen für die 20mA, mit denen solche LED normalerweise betrieben werden, etwa 120000000000000000 Elektronen pro Sekunde fliessen. Eine 12 mit 16 Nullen! Also ziemlich viel.
Damit durch die Luft ein nennenswerter Strom fliessen kann, müsste man die Elektronen aus den Luftmolekülen herausreissen.
Das geht sogar: Entweder durch starkes Erhitzen, so leitet z.B. eine Kerzenflamme den elektrischen Strom ganz schwach, oder aber durch ein starkes elektrisches Feld in der Größenordnung von 3000V pro Millimeter.
Klar, dass die verwendete Batterie so hohe Spannungen nicht liefert.

Umgekehrt sind aber in Metallen sehr viele ungebundende Elektronen vorhanden, die sich zwischen den positiv geladenen Resten der Metallatome, die den Kristall bilden, sehr frei bewegen können.
Da genügen schon ganz geringe Feldstärken, damit sich diese vielen Ladungsträger in Bewegung setzen.
In mancher Hinsicht ähnelt das einem mit Wasser vollgesogenen Schwamm. Da braucht man oben auch nur ein bischen Wasser hinzuzufügen, damit es unten hinaustropft.

Deshalb sind die Metalle gute elektrische Leiter und Gase extrem schlechte.

In der Batterie selbst findet dann auch noch Stromleitung in einer Flüssigkeit statt.
Die Ladungsträger dort sind positiv oder negativ geladene Ionen.
Im Prinzip sind das Molekülreste, die entweder ein Elektron zu viel oder eines zu wenig haben, und auf die deshalb im elektrischen Feld eine Kraft wirkt, weshalb sie sich langsam zum positiven oder negativen Pol bewegen.
Solche Flüssigkeiten leiten ganz gut, weshalb die Kombination von Wasser und Elektrizität gefährlich werden kann, aber sie leiten weitaus schlechter als Metalle.

Der beste elektrische Leiter ist Silber, aber da das etwas teuer ist, verwender man gewöhnlich Kupfer für elektrische Leitungen. Kupfer leitet fast so gut wie Silber, während alle anderen Metalle -auch Gold- schlechter leiten.
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon lalelu am Freitag 4. Januar 2013, 19:01

anders hat geschrieben:Damit ein Strom fliesst, müssen die Elektronen aber in Bewegung sein und die dafür erforderlichen Wege sind oftmals versperrt.


@anders: ein ganz fettes dankeschön für diese verständliche Grundlagenerklärung! Das hilft mir sehr weiter!

noch nicht klar wurde mir aber bisher warum sich der minuspol der einen batterie vom minuspol der zweiten unterscheidet. Oder passiert innerhalb der Batterie/Spannungsquelle noch etwas anderes um die Spannung aufzubauen? Ansonsten könnten doch Elektronen vom Minuspol einer Batterie zum Pluspol einer anderen Spannung aufbauen (also: in Bewegung geraten). Das tun sie aber nicht. Da muss also irgendetwas innerhalb der Batterie und ihren beiden Polen geschehen, oder hängt es mir der Kreisbewegung der Elektronen zusammen? Wobei... bewegen die sich in einer Batterie mit ihren zwei Abteilungen überhaupt im Kreis?
Zuletzt geändert von lalelu am Freitag 4. Januar 2013, 19:04, insgesamt 1-mal geändert.
lalelu
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon BernhardS am Freitag 4. Januar 2013, 19:15

Hallo,

da ist anscheinend ein ganz kleines Mißverständnis unterwegs. Innerhalb der Batterie geht nichts im Kreis.
Sondern, es muss immer einen Stromkreis geben. Alle Teile müssen so miteinander verbunden werden, daß ein geschlossener Kreis vorliegt.
Also der Pluspol der einen Batterie mit dem Minuspol der zweiten Batterie, dann muss der Pluspol der zweiten Batterie mit dem einen Draht des Lämpchens verbunden werden. Der andere Draht des Lämpchens führt dann zurück zum Minuspol der ersten Batterie - somit haben wir einen Kreis.

Ich hab jetzt absichtlich keine Skizze gemacht. Beim selbst aufzeichnen "funkt" es, wirst sehen.

Bernhard
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Re: Batteriegrundlagenfrage meiner Tochter

Neuer Beitragvon anders am Freitag 4. Januar 2013, 19:28

noch nicht klar wurde mir aber bisher warum sich der minuspol der einen batterie vom minuspol der zweiten unterscheidet
Aber warum sich dein Auto von dem des Nachbarn unterscheidet, ist dir schon klar?
Es mögen die gleichen sein, aber es sind nicht dieselben.

Oder passiert innerhalb der Batterie/Spannungsquelle noch etwas anderes um die Spannung aufzubauen
Alles passiert da, um die Spannung aufzubauen!
Die Chemie in der Zelle sorgt dafür, dass das Metall des Minuspols (Zink) als positives Ion in Lösung geht, und das *) dabei frei werdende Elektron das Metall dieser Elektrode auflädt. Dadurch ensteht ja erst das Ungleichgewicht der Ladungen.

Ich sehe aber gerade, daß auch Bernhard schon etwas dazu geschrieben hat.
Da warte ich erstmal ab, welche Fragen kommen.

*) Beim Zink sind es sogar zwei Elektronen pro Metallatom. Nur eines bei Lithium.


P.S.:
Doch noch eine Beschreibung http://de.wikipedia.org/wiki/Leclanch%C3%A9-Element
Diese Art von Batterien wird auch heute noch verwendet, weil sie sehr preiswert sind. Die Werbefuzzis haben sie zur Zink-Kohle-Batterie umbenannt.
Für die stromstärkeren und neueren Alkali-Mangan-Zellen hat man den Aufbau umgedreht, und verwendet als Elektrolyt Kalilauge anstatt Salmiak, weil diese den Strom besser leitet.
Zuletzt geändert von anders am Samstag 5. Januar 2013, 03:21, insgesamt 2-mal geändert.
anders
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