Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Batterie Physik

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Batterie Physik

Wie wäre nur eine Welt ohne die Batterie? Ohne sie gäbe es kein Handy, keine Laptops, keine Taschenlampen und keine Autos wie wir sie heute kennen. Doch wie ist es möglich, elektrische Energie so kompakt und mobil zur Verfügung zu stellen? Und wie läuft der Prozess ab, Akkus wieder aufzuladen, sodass Dein Smartphone abermals einsatzbereit ist?

Aufbau einer Batterie Physik

Eine Batterie nutzt zur Stromerzeugung chemische Prozesse, statt direkte Ladungsunterschiede wie Kondensatoren. Daher kann eine Batterie auch viel mehr Energie im gleichen Volumen speichern.

Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher. Bei der Entladung wird die gespeicherte chemische Energie durch Reaktionen in elektrische Energie gewandet.

Der grundlegende Aufbau einer Batterie ist immer gleich. Egal, ob Haushaltsbatterien oder wiederaufladbare Akkus und auch unabhängig der verwendeten Stoffe in der Batterie, besteht eine Batterie aus vier grundlegenden Elementen.

Eine Batterie besteht aus vier Komponenten:

Zwei Elektroden: der Kathode am Pluspol und der Anode am Minuspol.

Zwischen den Elektroden befindet sich ein Elektrolyt und ein Separator.

Ein grundlegendes Schema des Aufbaus findest Du in Abbildung 1 weiter unten.

Die Kathode und die Anode bestehen bei der Batterie aus zwei verschieden leitfähigen Metallen. Je nach Wahl der Materialien ergibt sich eine andere Ausgangsspannung der Batterie.

Eine Zink-Kohle oder Alkali-Mangan Batterie, wie sie in handelsüblichen AA und AAA-Batterien zu finden sind, haben eine Ausgangsspannung von 1,5V.

Lithium-Ionen-Akkus haben eine nominelle Ausgangsspannung von 3,7V.

In 9V Blockbatterien werden keine anderen Materialien verwendet wie in AA oder AAA-Batterien. Um die 9V Nennspannung zu erreichen, werden also keine besonderen Stoffe verwendet, sondern es werden mehrere kleine Batterien hinter einander geschaltet. So ergeben 6 kleine Batterien mit 1,5V eine 9V Blockbatterie. Mehr dazu erfährst Du im Abschnitt zur Reihenschaltung.

Der Elektrolyt befindet sich zwischen der Kathode und Anode der Batterie und umschließt diese. Er sorgt dafür, dass sich elektrisch geladene Teilchen zwischen den Elektroden bewegen können und somit Stromfluss in der Batterie zustande kommen kann. Meist sind Elektrolyte Flüssigkeiten, es gibt aber auch feste Elektrolyte.

Weiterhin befindet sich zwischen den Elektroden ein Separator. Dieser ist für die geladenen Teilchen durchlässig, verhindert jedoch, dass die Elektroden in Kontakt zueinander kommen. Versagt der Separator und die Elektroden berühren sich, entsteht in der Batterie ein Kurzschluss.

Nicht wieder aufladbare Batterien, wie eine Zink-Kohle Batterie, nennst Du Primärbatterien. Die Batterie ist also nach dem Entladen unbrauchbar und Du kannst sie entsorgen. Wiederaufladbare Batterien heißen hingegen Sekundärbatterien.

Du kannst den Aufbau einer Batterie im Beispiel mit Abbildung 2 anhand einer Zink-Kohle Batterie konkreter nachvollziehen.

Als Anode der Zink-Kohle Batterie befindet sich außen ein Zinkgehäuse. Die Kathode besteht aus einem Kohlenstoffstab in der Mitte der Batterie und ist nach außen hin zum metallischen Pluspol verbunden.

Zwischen den Elektroden befindet sich eine in Säurelösung getränkte Pappe als Elektrolyt und Braunstein (Mangan(IV)Oxid) in einem Brei, in dem sich gelöste Zink-Ionen bewegen können. Zwischen dem Zinkgehäuse und dem Elektrolyten befindet sich ein Separator, um ein Vermischen zu verhindern.

Isolierplatten und Leerraum trennen Plus- und Minuspol, sodass eine Entladung der Batterie nur durch eine extern verbundene Schaltung erfolgt und keine Kurzschlüsse entstehen können.

Je nach spezifischem Aufbau einer Batterie gibt es mehr oder weniger Komponente. Grundsätzlich werden aber nur die vier Grundkomponenten Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator benötigt. Ist es möglich, eine Batterie selbst zu bauen, nach dem nur vier Grundkomponenten nötig sind?

Batterie bauen Physik

Um eine Batterie selbst zu bauen, benötigst Du zunächst Anode und Kathode. Dafür kannst Du zwei verschiedene Metalle verwenden, unter anderem Eisen und Kupfer. Zusätzlich benötigst Du ein Elektrolyt. Hierfür kannst Du beliebiges säurehaltiges Obst oder Gemüse benutzen.

Dein Obst oder Gemüse ist dabei gleichzeitig der Separator: Du steckst die Metallstücke so hinein, dass sie sich nicht berühren können.

Du kannst in Abbildung 3 betrachten, wie ein möglicher Versuch mit einer Zitrone, einer Centmünze aus Kupfer und einem eisernen Nagel aussehen könnte.

Nachdem Du Nagel und Münze in die Zitrone gesteckt hast, kannst Du mit dem Multimeter eine Spannung zwischen den beiden Elektroden messen. Falls Du eine LED mit Zitronen zum Leuchten bringen möchtest, benötigst Du mehrere Zitronenbatterien hinter einander, um die nötige Spannung zu erreichen, mit der die LED leuchten kann.

Woher genau kommt eigentlich der Strom aus der Batterie? Du kannst die Funktionsweise der Batterie im nächsten Abschnitt betrachten.

Funktion einer Batterie Physik

Damit eine Spannungsdifferenz zwischen den Polen einer Batterie entstehen kann, muss ein Ladungsunterschied zwischen diesen entstehen. Ionen, die geladene Teilchen sind, werden an der Anode der Batterie gebildet. Sie befinden sich im Elektrolyt, wo sie sich frei zwischen den Elektroden bewegen können.

Durch geladene Ionen der Elektroden entsteht eine Ladungsdifferenz zwischen den beiden Polen einer Batterie.

Verbindest Du die beiden Pole einer Batterie elektrisch miteinander, können die Ionen durch den Elektrolyten fließen und die Ladungsdifferenz ausgleichen. Die Batterie entlädt sich. Elektronen fließen durch den Stromkreis vom Minus- zum Pluspol der Batterie.

Dabei finden zur Erzeugung der Ionen und Elektronen an der Anode und zur Aufnahme der Elektronen am positiven Pol chemische Reaktionen statt.

Eine Visualisierung des Flusses der Elektronen und Ionen findest Du in Abbildung 4.

Beachte, dass eine Batterie nur bei einer elektrischen Verbindung zwischen Anode und Kathode entladen werden kann, denn sonst fehlen die Elektronen an der Kathode für die chemische Reaktion und es entsteht ein Gleichgewicht in der Anode, sodass keine weiteren Ionen entstehen.

Wie sieht der Endladungsvorgang konkret für Zink-Kohle Batterie aus?

Zum Verständnis der Entladung einer Zink-Kohle-Batterie kannst Du Dir den Aufbau dieser weiter oben in Abbildung 2 anschauen.

Zunächst entstehen an der Zinkanode Ionen. Das Metall Zink löst sich im Elektrolyt auf und gibt dabei Zn++-Ionen ab. Durch die Abgabe der positiv geladenen Ionen lädt sich die Anode negativ, aufgrund des entstandenen Elektronenüberschuss, auf.

Solange die Pole der Batterie nicht miteinander elektrisch verbunden sind, verbleiben die freien Elektronen in der Anode. Durch die negative Überschussladung werden keine weiteren Ionen gebildet, es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein.

Durch die in Elektrolyt gelösten positiv geladenen Ionen entsteht eine Ladungsdifferenz zwischen dem Kohlestab und dem damit verbundenem positivem Pol und der Zinkanode am negativen Pol. Die Spannungsdifferenz zwischen den Polen beträgt 1,5V.

Schließt Du nun den Stromkreis zwischen den beiden Polen, können die Elektronen von Anode zu Kathode fließen, um den Ladungsunterschied auszugleichen. Diesen Stromfluss kannst Du zur Versorgung der Verbraucher im Stromkreis nutzen.

Die Elektronen werden an der Kathode in einer chemischen Reaktion mit dem Mangan(IV)Oxid verwendet, um die freien Ionen zu binden.

Dadurch wird das Gleichgewicht zwischen Ionen und Elektronen an der Anode aufgehoben und neue Zink-Ionen werden durch die chemische Reaktion mit dem Elektrolyten freigesetzt.

Der Vorgang geht so lange weiter, bis Du den Stromkreis zwischen den Polen unterbrichst oder kein Mangan(IV)Oxid für die Reaktion mehr verfügbar ist. Die Batterie ist dann leer.

Wie sieht der Entladevorgang elektrisch aus und wann genau ist eine Batterie leer?

Batterie leer Physik

Wenn Du die Spannung an einer Batterie misst, die voll ist, siehst Du die maximale Spannung der Batterie. Bei der Zink-Kohle-Batterie ist diese Spannung beispielsweise 1,5V.

Ist die Batterie jedoch entladen, sinkt die Spannung der Batterie. Der Zusammenhang zwischen Entladezustand und Spannung ist jedoch nicht linear. Er variiert auch je nach verwendeten Materialien und der Entladerate.

Die Spannung einer Batterie fällt zunächst langsam während des Endladungsprozesses ab. Von der Maximalspannung der Batterie fällt die Spannung zur Entladeschlussspannung ab. Gegen Ende der Entladung beschleunigt sich die Rate des Spannungsabfalls. Je höher der Entladestrom, desto niedriger die Spannung und Gesamtkapazität der Batterie. Die durchschnittliche Spannung der Batterie heißt Nennspannung.

Du kannst den Verlauf der Batteriespannung in Abbildung 5 betrachten:

Wann ist also eine Batterie leer?

Zunächst kannst Du eine Batterie nur bis zur Entladeschlussspannung entladen, da die Spannung nicht mehr für den elektrischen Verbraucher ausreicht oder die Batterie beschädigt werden könnte. Bei einer Zink-Kohle-Batterie liegt diese Spannung bei 0,8V.

Dass die Batterie leer wird, liegt daran, dass die Ausgangsstoffe in der Batterie verbraucht werden. Ab einem gewissen Punkt sind die chemischen Prozesse, die den Ladungsfluss in der Batterie ermöglichen, dann nicht mehr möglich. Die Spannung der Batterie sinkt dadurch schnell ab.

Doch manche Batteriearten lassen sich nach dem Entladen wieder aufladen. Wie genau funktioniert das?

Batterie aufladen Physik

Wie nervig wäre es, wenn Du jedes Mal, nachdem Dein Handy leer ist, eine neue Batterie einlegen müsstest! Gut, dass es wiederaufladbare Batterien gibt.

Wiederaufladbare Batterien, genannt Akkus oder Sekundärbatterien sind im Gegensatz zu Pimärbatterien wiederverwendbar.

Beim Aufladen wird der Batterie elektrische Energie zugeführt, welche diese als chemische Energie speichert.

Dabei läuft der Aufladevorgang genau entgegen dem Entladevorgang ab. In Abbildung 5 siehst Du den Vorgang visualisiert.

Durch den umgekehrten Ladungsfluss wechseln nun auch die Bezeichnungen der Anode und Kathode: Der positive Pol ist nun die Anode, der negative Pol die Kathode.

Erneut wandern nun die Ionen von der Anode zur Kathode, jedoch ist dies die umgekehrte Richtung im Vergleich zur Entladung. Die Elektronen, die am negativen Pol zur Bindung der Ionen benötigt werden, werden durch die Zufuhr elektrischer Energie von Anode zur Kathode bewegt. Denn sie müssen aus dem Gleichgewicht mit den Ionen an der Anode durch eine chemische Reaktion herausgelöst werden, die endotherm verläuft, also Energiezufuhr benötigt.

Sind alle Ionen zurück an dem negativen Pol der Batterie eingelagert, ist der Ladevorgang abgeschlossen, die Batterie ist vollständig geladen und bereit, wieder an einem Verbraucher angeschlossen zu werden.

Wie verhält sich eine Batterie in einem Stromkreis mit Verbrauchern?

Batterie im Schaltkreis

Damit eine Batterie überhaupt Energie liefern kann, ist ein Verbraucher, also ein angeschlossener Schaltkreis an der Batterie, nötig. Dieser Verbraucher erhält seine Energie aus den chemischen Prozessen der Batterie, wie Du im vorherigen Abschnitt sehen konntest. Doch wie erkennst Du überhaupt eine Batterie in einer Schaltskizze?

Schaltkreiszeichen einer Batterie Physik

Grundsätzlich verhält sich eine Batterie in einem Schaltkreis ähnlich wie eine Spannungsquelle.

Wenn Du mehr zum Prinzip von Schaltkreisen lernen möchtest, findest Du die Grundlagen in der Erklärung Elektrische Stromkreise.

Dabei verwendet die Batterie ein eigenes Schaltzeichen.

Das Schaltzeichen der Batterie sind zwei parallele Striche, wobei der negative Pol kürzer ist.

In einem Stromkreis kann die Batterie, damit beliebig mit Verbrauchern verbunden werden. Jedoch sind ein paar Besonderheiten der Batterie im Unterschied zu einer idealen Spannungsquelle zu beachten. Welche sind das?

Spannung und Innenwiderstand Batterie Physik

Je nach Batteriematerialien und Ladezustand variiert die Spannung der Batterie entsprechend.

Batterien haben verschiedene Spannungsangaben:

Maximalspannung: Die maximale Spannung einer Batterie, wenn sie vollgeladen ist.

Nennspannung: Die durchschnittliche Spannung einer Batterie, während sie vollständig entladen wird.

Entladeschlussspannung: Die Spannung, bei der eine Batterie vollständig entladen ist und nicht weiter entladen werden darf.

Leerlaufspannung U0: Die Spannung einer bestimmten Batterie, wenn sie nicht am Stromkreis angeschlossen ist.

Klemmenspannung UKl: die Spannung der Batterie unter einer bestimmten Last.

Wird eine Batterie am Schaltkreis angeschlossen und ein Strom I von der Batterie fließt, so sinkt die Spannung der Batterie. Die Spannung sinkt währenddessen von der Leerlaufspannung zur Klemmenspannung ab.

Wie stark die Spannung unter Last abfällt, lässt sich durch den Innenwiderstand der Batterie berechnen. Du kannst Dir diesen wie einen zusätzlichen Widerstand innerhalb der Batterie vorstellen.

Der Innenwiderstand Ri einer Batterie hemmt die Stromabgabe der Batterie. Je höher der Entnahmestrom I, desto niedriger die Klemmenspannung UKl im Vergleich zur Leerlaufspannung U0 der Batterie:

Batterie Innenwiderstand StudySmarter

Du kannst somit den maximalen Kurzschlussstrom einer Batterie berechnen, bei dem der Widerstand zwischen den Polen der Batterie null beträgt. Der Kurzschlussstrom ist der maximal mögliche Stromfluss der Batterie.

Den Kurzschlussstrom Ik einer Batterie berechnest Du mit Leerlaufspannung U0 und Innenwiderstand Ri :

Batterie Kurzschlussstrom StudySmarter

Zusätzlich kannst Du den Verlauf der Werte der Batterie auch über den Entladevorgang beobachten, denn die Werte ändern sich je nach Ladezustand. Wie viel Energie kann eine Batterie speichern bzw. "wie viel geladen werden" und für wie lange Strom liefern?

Ladung Batterie Physik

Eine Batterie hat eine gewisse Ladung, also eine bestimmte Menge gespeicherter Energie. Mithilfe der Ladung einer Batterie kannst Du beispielsweise bestimmen, wie lange eine Batterie einen Verbraucher versorgen kann.

Die Ladung Q einer Batterie kann in Amperestunden oder Coulomb angegeben werden. Berechnen kannst Du sie mit dem Strom I, der durch die Batterie fließt, mal die Zeit t, über die der Stromfluss erfolgt:

Batterie Kapazität StudySmarter

Die Energie E, die in einer Batterie gespeichert ist, kannst Du mit der Nennspannung U der Batterie berechnen:

Batterie Energie StudySmarter

Die SI-Einheiten für Kapazität ist Coulomb und für Energie Joule, jedoch ist die Angabe in Amperestunden oder Wattstunden in der Praxis üblicher.

Betrachte bei Gelegenheit die Angaben auf wiederaufladbaren Batterien: Oft findest Du Angaben in mAh oder Wh, die Dir verraten, wie viel Energie die Batterie maximal speichern kann.

Eine Kapazität von einer Amperestunde heißt, dass eine Batterie ein Ampere für genau eine Stunde abgeben kann. Kennst Du also den Verbrauch Deines Stromkreises, kannst Du berechnen, wie lange eine Batterie ihn am Laufen halten würde.

Wenn die Kapazität oder Spannung Deiner Batterie jedoch nicht ausreicht, besteht eine Möglichkeit mehrere Batterien zu verwenden?

Parallelschaltung und Reihenschaltung Batterie Physik

Du kannst mehrere Batterien in einer Schaltung kombinieren: Entweder schaltest Du mehrere Batterien parallel zusammen oder hintereinander in Reihe.

Bei der Reihenschaltung von Batterien addieren sich ihre Spannungen. Die gemeinsame Kapazität ist gleich der niedrigsten Kapazität der Einzelbatterien. Das Schaltzeichen siehst Du in Abbildung 8, dabei kannst Du beliebig viele Batterien in die Reihenschaltung einfügen:

Bei der Parallelschaltung von Batterien addieren sich die Kapazitäten der einzelnen Batterien, die Spannung bleibt jedoch gleich. Die Batterien verhalten sich wie eine Batterie mit höherer Kapazität, Du benötigst also kein neues Schaltzeichen.

Beachte, dass Du verschiedene Batteriearten zwar in Reihe kombinieren kannst, dies jedoch mit Parallelschaltungen nicht möglich ist! Die Batterien würden sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Spannungen gegenseitig entladen.

Wie kannst Du denn eine Batterie in einer beispielhaften Schaltung berechnen?

Batterie berechnen Physik

Eine Autobatterie, wie sie in Benzinern und Dieselautos genutzt wird, basiert auf Bleiakkumulatoren. Um die Nennspannung von 12V zu erreichen, werden mehrere wiederaufladbare Bleibatterien kombiniert.

Aufgabe 1

Ein Bleiakku hat eine Nennspannung von . Erkläre, wie viele Batterien mindestens wie kombiniert wurden, wenn eine einzelne Batterie eine Nennspannung von 2V hat?

Lösung 1

Es müssen 6 Batterien in Reihe geschaltet werden, um eine addierte Spannung von 12V zu erhalten.

Im Auto muss der Bleiakku die verschiedenen Verbraucher wie Licht und Bordelektrik versorgen.

Aufgabe 2

Eine Bleibatterie liefert eine Spannung von und enthält eine Ladung von .

Berechne wie viel Energie E in Wh in der Batterie gespeichert ist und wie lange können die Scheinwerfer des Autos mit einem Verbrauch von mit Strom versorgt werden?

Lösung 2

Zunächst solltest Du den Energiegehalt der Batterie berechnen:

Der Energiegehalt der Batterie liegt also bei 432Wh. Nun kannst Du diese Zahl durch den Verbrauch P teilen, um die Anzahl an Betriebsstunden zu berechnen.

Mehr zu Verbrauchern und deren Berechnung erfährst Du in der Erklärung Elektrische Leistung.

Die Lichter können also 6h lang mit Energie versorgt werden.

Die Autobatterie wird durch die Lichtmaschine aufgeladen. Sie erzeugt aus der mechanischen Energie des Motors elektrische Energie.

Aufgabe 3

Berechne, welchen Ladestrom I die Lichtmaschine liefern muss, um die Batterie in zu laden, wenn sie vollständig entladen ist.

Lösung 3

Um den Ladestrom zu berechnen, kannst Du die Kapazität durch die Ladedauer teilen:

Die Lichtmaschine muss also 3A an Strom liefern.

Dabei gehen wir von idealen Ladebedingungen aus. In der Realität treten auch Ladeverluste auf, sodass nicht sie gesamte zugeführte Energie in der Batterie gespeichert wird.

Batterie Physik - Das Wichtigste

  • Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher. Bei der Entladung wird die gespeicherte chemische Energie durch chemische Reaktionen in elektrische Energie gewandet.
  • Eine Batterie besteht aus vier Komponenten:

    Zwei Elektroden: der Kathode am Pluspol und der Anode am Minuspol.

    Zwischen den Elektroden befindet sich ein Elektrolyt und ein Separator.

  • Durch geladene Ionen der Elektroden entsteht eine Ladungsdifferenz zwischen den beiden Polen einer Batterie.

  • Verbindest Du die beiden Pole einer Batterie elektrisch miteinander, können die Ionen durch den Elektrolyten fließen und die Ladungsdifferenz ausgleichen. Die Batterie entlädt sich. Elektronen fließen durch den Stromkreis vom Minus- zum Pluspol der Batterie.

  • Wiederaufladbare Batterien, genannt Akkus oder Sekundärbatterien sind im Gegensatz zu Pimärbatterien wiederverwendbar.

  • Beim Aufladen wird der Batterie elektrische Energie zugeführt, welche diese in chemischer Energie speichert.

    Dabei finden zur Erzeugung der Ionen und Elektronen an der Anode und zur Aufnahme der Elektronen am positiven Pol chemische Reaktionen statt.

  • Spannungen einer Batterie:
    • Maximalspannung: Die maximale Spannung einer Batterie, wenn sie vollgeladen ist.

    • Nennspannung: Die durchschnittliche Spannung einer Batterie, wenn sie vollständig entladen wird

    • Entladeschlussspannung: Die Spannung, bei der eine Batterie vollständig entladen ist und nicht weiter entladen

    • Leerlaufspannung U0: Die Spannung einer bestimmten Batterie, wenn sie nicht am Stromkreis angeschlossen ist.

    • Klemmenspannung UKl: die Spannung der Batterie unter einer bestimmten Last.

  • Innenwiderstand Ri einer Batterie hemmt die Stromabgabe der Batterie. Je höher der Entnahmestrom I, desto niedriger die Klemmenspannung UKl im Vergleich zur Leerlaufspannung U0 der Batterie:

  • Die Ladung Q einer Batterie kann in Amperestunden oder Coulomb angegeben werden. Berechnen kannst Du sie mit dem Strom I der in oder aus der Batterie fließt mal die Zeit t:

    Batterie Kapazität StudySmarter

  • Die Energie E, die in einer Batterie gespeichert ist, kannst Du mit der Nennspannung U der Batterie berechnen:

    Batterie Energie StudySmarter

Nachweise

  1. conrad.de Was ist eine Batterie? (10.7.2022)
  2. batterie.org: Batterie Aufbau (10.7.2022)
  3. energizer.eu: Aufbau einer Batterie (10.7.2022)
  4. energie-lexikon.info: Akkumulator (10.7.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Batterie Physik

Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher. Bei der Entladung wird die gespeicherte chemische Energie durch eine Reaktion in elektrische Energie gewandet. 
Akkus können im Gegensatz zu Batterien durch Zuführen von elektrischer Energie wieder aufgeladen werden.

In der Batterie findet eine elektrochemische Redoxreaktion während der Entladung statt. Dabei wird die chemische Energie in elektrische Energie gewandet, die dann im Stromkreis an den Elektroden der Batterie abrufbar ist.

Eine Batterie besteht aus einem oder mehreren galvanischen Zellen. 
Außen an einem Ende der Batterie befindet sich eine Metallhülle, die die positive Elektrode (Anode) beherbergt. Am anderen Ende der Batterie befindet sich die negative Elektrode (Kathode) aus einem anderen Metall. 
Zwischen den Elektroden befindet sich ein Separator und ein Elektrolyt, dass die Leitfähigkeit verbessert.

Sobald die chemische Energie in der Batterie verbraucht ist, also keine Ausgangsstoffe für die chemische Reaktion mehr vorhanden sind, ist die Batterie leer.

Finales Batterie Physik Quiz

Frage

Nenne, in welcher Energieform Energie in einer Batterie gespeichert wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher. Die Energie wird chemisch gespeichert.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die 4 grundlegenden Komponenten einer Batterie.

Antwort anzeigen

Antwort

Zwei Elektroden: Kathode am Pluspol und Anode am Minuspol

Zwischen den Elektroden befindet sich ein Elektrolyt und ein Separator.


Frage anzeigen

Frage

Nenne, aus welchem Materialien die Elektroden bei einer Zink-Kohle Batterie bestehen?

Antwort anzeigen

Antwort

Im Namen sind die Materialien enthalten: Die Anode besteht aus Zink, die Kathode aus Kohle.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe einen Versuchsaufbau für eine Batterie aus einer Zitrone.

Antwort anzeigen

Antwort

Stecke eine Centmünze aus Kupfer und einen eisernen Nagel in die Zitrone, um die zwei Elektroden zu bilden. Es sollte eine Spannung zwischen den Elektroden messbar sein.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, welche Materialien die Spannung einer Batterie beeinflussen. 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Kathode und die Anode bestehen bei der Batterie aus zwei verschieden leitfähigen Metallen. Je nach Wahl der Materialien ergibt sich eine andere Ausgangsspannung der Batterie.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Prozess der Entladung innerhalb einer Batterie, inklusive Fluss der Elektronen und Ionen.

Antwort anzeigen

Antwort

Zur Erzeugung der Ionen und Elektronen an der Anode und zur Aufnahme der Elektronen am positiven Pol finden chemische Reaktionen statt.


Durch geladene Ionen der Elektroden entsteht eine Ladungsdifferenz zwischen den beiden Polen einer Batterie.


Verbindet man die beiden Pole einer Batterie elektrisch miteinander, können die Ionen durch den Elektrolyten fließen und die Ladungsdifferenz ausgleichen, die Batterie entlädt sich. Elektronen fließen durch den Stromkreis vom Minus- zum Pluspol der Batterie.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Spannungsverlauf der Entladung einer Batterie.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Spannung einer Batterie fällt zunächst langsam während dem Endladungsprozesses ab. 

Von der anfänglichen Maximalspannung der Batterie fällt die Spannung zur Entladeschlussspannung ab. Gegen Ende der Entladung beschleunigt sich die Rate des Spannungsabfalls. 

Je höher der Entladestrom, desto niedriger die Spannung und Gesamtkapazität der Batterie.

Die durchschnittliche Spannung der Batterie heißt Nennspannung.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, wie sich eine leere Batterie beim Entladen erkennen lässt.

Antwort anzeigen

Antwort

Zunächst kannst Du eine Batterie nur bis zur Entladeschlussspannung entladen, da sonst die Spannung nicht mehr für den elektrischen Verbraucher ausreicht oder die Batterie beschädigt werden könnte. Bei einer Zink-Kohle-Batterie liegt diese Spannung bei 0,8V


Dass die Batterie leer wird, liegt daran, dass die Ausgangsstoffe in der Batterie verbraucht werden. Ab einem gewissen Punkt sind die chemischen Prozesse, die den Ladungsfluss in der Batterie ermöglichen, dann nicht mehr möglich.

Die Spannung der Batterie sinkt dadurch schnell ab.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den Unterschied zwischen Primär- und Sekundärbatterien.

Antwort anzeigen

Antwort

Wiederaufladbare Batterien, genannt Akkus oder Sekundärbatterien sind im Gegensatz zu Pimärbatterien wiederverwendbar.


Beim Aufladen wird der Batterie elektrische Energie zugeführt, welche diese als chemische Energie speichert

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, wie der Elektronen- und Ionenfluss beim Laden einer Batterie aussieht.

Antwort anzeigen

Antwort

Durch den umgekehrten Ladungsfluss beim Aufladen wechseln nun auch die Bezeichnungen der Anode und Kathode: Der positive Pol ist nun die Anode, der negative Pol die Kathode.


Jetzt wandern die Ionen von der Anode zur Kathode, jedoch ist dies die umgekehrte Richtung im Vergleich zur Entladung
Die Elektronen, die am negativen Pol zur Bindung der Ionen benötigt werden, werden durch die Zufuhr elektrischer Energie von Anode zur Kathode bewegt. Denn sie müssen aus dem Gleichgewicht mit den Ionen an der Anode durch eine chemische Reaktion herausgelöst werden, die endotherm verläuft, also Energiezufuhr benötigt. 


Sind alle Ionen zurück an dem negativen Pol der Batterie eingelagert, ist der Ladevorgang abgeschlossen und die Batterie ist vollständig geladen und bereit wieder an einem Verbraucher angeschlossen zu werden.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe das Schaltzeichen einer Batterie.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Schaltzeichen der Batterie sind zwei parallele Striche, wobei der negative Pol kürzer ist.

Frage anzeigen

Frage

Nenne und erläutere die verschiedenen Spannungsangaben einer Batterie.

Antwort anzeigen

Antwort

Maximalspannung: Die maximale Spannung einer Batterie, wenn sie vollgeladen ist.

Nennspannung: Die durchschnittliche Spannung einer Batterie, während sie vollständig entladen wird.

Entladeschlussspannung: Die Spannung, bei der eine Batterie vollständig entladen ist und nicht weiter entladen werden darf.

Leerlaufspannung: Die Spannung einer bestimmten Batterie, wenn sie nicht am Stromkreis angeschlossen ist.

Klemmenspannung: die Spannung der Batterie unter einer bestimmten Last.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, wie sich Spannung und Ladung in Reihen- und Parallelschaltungen von Batterien verhalten.

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Reihenschaltung von Batterien addieren sich ihre Spannungen, die gemeinsame Ladung ist gleich der niedrigsten Ladung der Einzelbatterien.


Bei der Parallelschaltung von Batterien addieren sich die Ladungen der einzelnen Batterien, die Spannung bleibt jedoch gleich. Die Batterien verhalten sich wie eine Batterie mit höherer Ladung.

Frage anzeigen
Mehr zum Thema Batterie Physik
60%

der Nutzer schaffen das Batterie Physik Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.