Entstehung von Spannung

GEORG für Elektroniker/-innen (Betriebstechnik)
Spannung entsteht durch Ladungstrennung. In diesem Versuch teilt eine durchlässige poröse Trennwand ein Gefäß in zwei Teile. Auf der linken Seite befindet sich ein Zinkstarb in einer Zinksulfat-lösung. Auf der Rechten ein Kupferstarb in einer Kupfersulfat-lösung.

Die Sulfate enthalten Ionen, also positiv und negativ geladene Atome. Zink- und Kupferstarb sind durch eine Leitung verbunden. Das unedle Zink gibt nun Ionen in die Lösung ab und wird somit negativ geladen. Der Kupferstarb gibt auch Ionen in die Lösung ab. Da Kupfer jedoch edler ist als Zink, geschieht dies viel langsamer. Somit entsteht hier ein Spannungsgefälle.

Der Zinkstarb wird deshalb zur negativ geladenen Anode. Der Kupferstab, im Verhältnis zur negativ geladenen Anode, zur positiven Kathode. Die überschüssigen Elektronen aus der Anode wandern daher über die Leitung in die Kathode. In den jeweiligen Lösungen geschieht das Gegenteil. Die Zinksulfat-Lösung wird durch die Aufnahme von positiv geladenen Ionen positiv geladen. Die positiv geladenen Kupfer-Ionen aus der Kupfersulfat-lösung heften sich an den Kupferstarb. Sie verbinden sich mit den überschüssigen Elektronen aus dem Zinkstarb.

Die Kupfersulfat-Lösung wird durch den Verlust der positiven Kupfer-Ionen negativ geladen. Durch die durchlässige Trennwand kann jedoch ein Ladungsausgleich stattfinden. Die negativ geladenen Ionen wandern in die positiv geladene Lösung. Der Stromkreis ist geschlossen. Somit ist eine Spannungsquelle entstanden, die gemessen werden kann.

Verbindet man die Elektronen mit einer Glühlampe, so leuchtet sie. Es fließt Strom. Haben sich alle reaktionsfähigen Ionen abgelöst, gibt es keine chemische Reaktion mehr. Es gibt kein Spannungsgefälle mehr und entsprechend fließt auch kein Strom. Deshalb ist auch eine Batterie irgendwann leer.

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