Die Batterie: Aufbau und Funktion
Eine Batterie ist ein galvanisches Element in einem Gehäuse. Sie liefert Strom, bis die Ausgangsstoffe verbraucht sind.
Das lernst du heute
- Ich beschreibe den Aufbau einer Batterie.
- Ich erkläre, welche Vorgänge an Minuspol und Pluspol ablaufen.
- Ich berechne die Spannung hintereinander geschalteter Zellen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Das galvanische Element: Strom aus einer Reaktion
Eine Batterie ist ein galvanisches Element, das so verpackt ist, dass man es überall benutzen kann. Die gängige Rundzelle liefert eine Spannung von 1,5 V. Sie besteht aus mehreren Teilen. Am Minuspol sitzt das unedle Metall Zink, es ist der Donator. Dort gibt Zink Elektronen ab: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻. Am Pluspol sitzt Braunstein (Mangandioxid), gemischt mit Graphit. Braunstein nimmt die Elektronen auf, es ist der Akzeptor. Graphit leitet den Strom. Zwischen den Polen befindet sich ein Elektrolyt, eine Paste, in der Ionen wandern. Ein Separator trennt die Pole im Inneren und verhindert einen Kurzschluss. Schließt du einen Verbraucher an, fließen Elektronen vom Minuspol über den Verbraucher zum Pluspol. Ist das Zink aufgebraucht oder der Braunstein verbraucht, ist die Batterie leer. Eine solche Batterie nennt man Primärzelle. Ihre Reaktion lässt sich nicht sinnvoll umkehren. Darum darf man sie nicht aufladen: Sie kann dabei auslaufen oder platzen. Möchtest du eine höhere Spannung, schaltest du Zellen hintereinander. Die Spannungen addieren sich. Ein 9-V-Block enthält 6 Zellen zu je 1,5 V. Eine Flachbatterie mit 4,5 V enthält 3 Zellen. Batterien dürfen nicht erhitzt, geöffnet oder kurzgeschlossen werden. Aus ausgelaufenen Batterien kann ätzende Flüssigkeit austreten. Fasse sie nicht mit bloßen Händen an.
| Bauteil | Aufgabe | Vorgang |
|---|---|---|
| Zink (Minuspol) | Donator | Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ (Oxidation) |
| Braunstein mit Graphit (Pluspol) | Akzeptor | nimmt Elektronen auf (Reduktion) |
| Elektrolyt | Ionen wandern | schließt den Stromkreis im Inneren |
| Separator | trennt die Pole | verhindert Kurzschluss |
Spannung eines 9-V-Blocks
- Eine Zelle liefert 1,5 V.
- Der Block liefert 9 V.
- 9 V : 1,5 V = 6.
- Der 9-V-Block besteht aus 6 Zellen in Reihe.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Minuspol: Zink gibt Elektronen ab.
Pluspol: Braunstein nimmt sie auf.
Im Verbraucher fließt Strom.
Ein Beispiel
Eine Batterie ist wie ein Vorrat an Brennholz. Das Holz speichert Energie. Wärme entsteht erst, wenn es brennt. Und ist das Holz weg, ist Schluss.
Schritt für Schritt
Wir erklären eine Batterie-Zeichnung
- Zeige auf den Minuspol: Hier sitzt Zink und gibt Elektronen ab.
- Zeige auf den Pluspol: Hier nimmt Braunstein die Elektronen auf.
- Zeichne den Weg der Elektronen von Minus über den Verbraucher zu Plus.
- Erkläre: Im Inneren wandern Ionen im Elektrolyten.
Mit einem Bild erklärt
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Wo werden Elektronen abgegeben? | am Minuspol (Zink) |
| Wo werden sie aufgenommen? | am Pluspol (Braunstein) |
| Was fließt im Draht? | Elektronen |
| Was wandert im Inneren? | Ionen |
Zur Grundlage zurück
- Das galvanische Element: Strom aus einer Reaktion – Du kennst das galvanische Element.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Eine Flachbatterie hat 4,5 V und besteht aus Zellen zu je 1,5 V. Wie viele Zellen sind es?
Zeig mir den ersten Schritt
Teile 4,5 durch 1,5.
Lösung ansehen
Lösung: 3
4,5 : 1,5 = 3 Zellen.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Ein 9-V-Block besteht aus Zellen zu je 1,5 V. Wie viele Zellen sind es?
Zeig mir den ersten Schritt
Teile 9 durch 1,5.
Lösung ansehen
Lösung: 6
9 : 1,5 = 6 Zellen.
Tipp: Beim Erklären einer Zeichnung zeigst du zuerst die Pole, dann den Weg der Elektronen und zuletzt den Weg der Ionen.
Merksatz: Batterie: Zink als Minuspol (Donator), Braunstein als Pluspol (Akzeptor), Elektrolyt und Separator. Einweg-Batterien nicht aufladen. Zellen in Reihe: Spannungen addieren sich.
Typischer Fehler: Viele denken, in der Batterie sei der Strom gespeichert. Gespeichert sind Stoffe. Der Strom entsteht erst bei der Reaktion.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Zink
Lösung ansehen
Lösung: Er trennt die Pole im Inneren.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: Die Stoffe der Reaktion sind verbraucht.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Geschafft
Eine Batterie enthält Stoffe, die bei der Reaktion Elektronen über den Verbraucher schicken. Sind sie verbraucht, ist die Batterie leer.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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