Kupfer-Zink-Element (Versucht)

Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten A und B (ΔV oder VAB) wird
auch als Spannung UAB bezeichnet.
VORSICHTIG!! UAB ist NICHT die potenzielle Energie U !!
ΔV, Δφ, UAB, VAB sind alle Symbolen für die Potentialdifferenz oder
elektrische Spannung und werden in Volts [V] gemessen.
Kapitel 28 - Stromkreise
“Pumpen” von Ladung oder Spannungsquellen
Batterie: [1]
Batterie (V) mit Widerstand R; Richtung von I ?
Richtung von Elektrische Feld E?
E ist gegen I in der Batterie ! Die Strom muss gepumpt werden in der
Batterie.
Es muss eine Quelle von Energie in der Spannungsquelle vorhanden sein,
die Arbeit an den Ladungsträgern verrichtet sodass sie bewegen können.
Etwas ist gebraucht für diese Pumpe. Arbeit muss geleistet werden.
Energie muss von irgendwo kommen.
Für Batterie ist normalerweise Chemische Energie.
Kupfer-Zink-Element (Versucht)
Immer, wenn sich zwei unterschiedliche Metalle in einer Elektrolytlösung befinden,
entsteht eine Spannung (galvanische Zelle).
Die chemische Reaktion produziert mehr Energie als die die gebraucht ist für die
SO4-- ionen gegen die Elektrische Feld.
Die elektromotorische Kraft (EMK) auch als Urspannung bezeichnet, ist die
historische Bezeichnung für die Quellenspannung einer elektrischen
Spannungsquelle
1
Ideal Spannungsquelle
Nehmen wir R = infite => I = 0 und
VAB =
[Volts]
elektromotorische Kraft
Eine ideal Spannungsquelle setzt der Bewegung der Ladung von Pol zu Pol
innerhalb der Spannungsquelle keinen Widerstand entgegen. So besteht bei einer
idealen Batterie mit einer Spannung von 12 V immer auch eine Potenzialdifferenz
von 12 V zwischen ihren Polen.
Reale Spannungsquelle (jede Batterie)
Jede Batterie setzt der Bewegung der Ladunsträger in ihr einen Widerstand, der
Innenwiderstand (ri) entgegen. Von Ohm:
= I (R + ri)
Zuruck zu den Stromkreis [1]: in jedem differenziellen Zeitintervall dt bewegt sich
eine differenzielle Ladung dq durch einen beliebigen Querschnitt des Stromkreises
aa’. Die Spannungsquelle muss an der Ladunsmenge dq eine Arbeit dW
dW/dt = dq / dt ΔV
dass ist LEISTUNG (POWER)
dq/dt = Strom
P=IV
wenn Ohm Gesetz V = IR
P = I2 R = V2/R
2
[Joule / sec ] = Watt
Beispielen:
I=1A
I = 2A
R = 100 Ohm
R = 100 Ohm
Verlustleistung in R = 100 W
Fur eine Batterie:
P=I
= I2 (R + ri)
R = 0 => Imax =
Pmax =
/ ri
2/
ri = Imax 2 ri
in der Batterie
Duracell
=qV
ri = 2 Ohm
Imax = 4.5 A
Pmax = 40 W
3
400 W
Galvanische Zelle
http://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Zelle
Eine galvanische Zelle, galvanisches Element oder galvanische Kette ist eine
Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie.
Jede Kombination von zwei verschiedenen Elektroden und einem Elektrolyten
bezeichnet man als galvanisches Element, und sie dienen als
Gleichspannungsquellen.
Elektroden
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolyse
Unter Wasserelektrolyse versteht man die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff
und Sauerstoff mit Hilfe eines elektrischen Stromes. Die wichtigste Anwendung
dieser Elektrolyse ist die Gewinnung von Wasserstoff, die allerdings bisher
technisch nur genutzt wird, wenn günstige elektrische Energie zur Verfügung steht,
da andernfalls andere Herstellungsmethoden günstiger sind, z. B. ausgehend von
Erdöl oder Kohle. Wenn diese Rohstoffe und Energieträger knapp werden, könnte
die Wasserelektrolyse im Rahmen der Wasserstoffwirtschaft, die Wasserstoff als
Energieträger nutzt, bedeutsam werden.
4
Berechnung des Stroms in einem Stromkreis
R1, R2, R3, V1, V2 gegeben
Berechnen I1, I2, I3
Der Stromkreis umfasst ideale Batterien V1,
V2
Innenwiderstand sind sehr klein.
Zwei Regeln:
(1) Maschenregel (Kirchhoff 1): Die algebraische Summe aller
Potenzialänderungen beim vollständigen Durchlaufen eines beliebigen
geschlossenen Weges in einem Stromkreis ist null (Summe aller Spannungen
einmal im Kreis herum)
(2)Verzweigungsregel: (Ladungserhaltung: was
fließt in muss auch raus fließen) In einem
Verzweigungspunkt eines Stromkreises ist die Summe aller eingehenden
Ströme gleich der Summe aller ausgehenden Ströme.
5
Konventionen:
Spannungsregel: Bewegt man sich durch eine ideale Spannungsquelle in Richtung
des Spannungspfeils so ist die Potenzialänderung gleich +, in Gegenrichtung is sie
gleich -.
Wenn wir in Kreise bewegen (2) ist erfüllt.
-V1 -I1R1-I1R3 + I2R3 = 0
-I2R3 + I1R3 -I2R2 + V2 = 0
zwei Gleichungen zwei Variablen
I3 = I1 - I2
Tipp für die Vortrag: Kelvin-Generator
http://de.wikipedia.org/wiki/Kelvin-Generator
6