Du lässt dein ferngesteuertes Auto durchs Wohnzimmer flitzen. Es rast um die Kurve, schießt unter dem Tisch hindurch und dreht noch eine Runde. Doch plötzlich wird es langsamer. Schließlich bleibt es mitten auf der Strecke stehen.
Du hebst es auf und schaust es dir an. Äußerlich scheint alles in Ordnung zu sein. Vielleicht liegt es an der Stromversorgung?
Eine mögliche Ursache ist die Batterie. Um zu verstehen, welche Rolle sie dabei spielt, schauen wir uns eine wichtige elektrische Größe genauer an: die elektrische Spannung.
1. Was bedeutet elektrische Spannung?
Batterien versorgen viele Geräte mit elektrischer Energie. Dazu gehören beispielsweise ferngesteuerte Autos, elektrische Spielzeuge und kleine Motoren.
Jede Batterie besitzt zwei Anschlüsse. Zwischen diesen Anschlüssen besteht eine elektrische Spannung.
Die Spannung beschreibt einen elektrischen Unterschied zwischen zwei Punkten. Bei einer Batterie betrachten wir dafür ihre beiden Anschlüsse.
Wie wird Spannung angegeben?
Damit wir die Spannung einer Batterie eindeutig angeben und mit anderen Spannungen vergleichen können, gibt es eine feste Maßeinheit: Volt. Das Kurzzeichen dafür ist V.
Auf einer Batterie kann beispielsweise die Angabe 1,5 V stehen. Eine andere Batterie kann mit 9 V gekennzeichnet sein.
Die Zahlen zeigen, welche Spannung die jeweilige Batterie bereitstellt.
Die Einheit Volt wurde 1881 auf einem internationalen Elektrizitätskongress offiziell als Einheit für die elektrische Spannung festgelegt. Ihr Name erinnert an den italienischen Physiker Alessandro Volta, der um 1800 eine frühe Batterie entwickelte.
2. Warum ist die richtige Spannung wichtig?
Elektrische Geräte sind für bestimmte Spannungen ausgelegt. Deshalb muss die Spannung der Energiequelle zum jeweiligen Gerät passen.
Ein kleiner Motor kann beispielsweise für eine bestimmte Betriebsspannung vorgesehen sein. Wird er mit einer deutlich höheren Spannung betrieben, kann er zu schnell laufen, sich stark erwärmen oder beschädigt werden.
Auch bei deinem ferngesteuerten Auto ist das wichtig. Die Batterie muss für das Auto geeignet sein und genügend Energie bereitstellen können.
Eine höhere Spannung bedeutet also nicht automatisch, dass ein Gerät besser funktioniert. Entscheidend ist, dass die Spannung zum Gerät passt.
3. Wie entsteht elektrische Spannung?
Wir wissen jetzt, was Spannung ist, wie sie angegeben wird und warum sie für elektrische Geräte wichtig ist.
Doch wie entsteht die Spannung in einer Batterie?
Dazu müssen wir uns einige winzig kleine Teilchen ansehen, aus denen die Dinge um uns herum bestehen.
Alles besteht aus winzig kleinen Teilchen
Ob du eine Batterie, ein Kabel, einen Elektromotor oder deine eigene Hand betrachtest: Alles besteht aus winzig kleinen Teilchen. Sie sind so klein, dass wir sie mit unseren Augen nicht sehen können.
Einige dieser Teilchen tragen eine elektrische Ladung. Dabei gibt es positive und negative Ladungen.
Zwei wichtige Teilchen sind:
- Protonen: Sie tragen eine positive elektrische Ladung und befinden sich im Inneren von Atomen.
- Elektronen: Sie tragen eine negative elektrische Ladung und befinden sich in der Umgebung des Atomkerns.
In Metallen, beispielsweise in den Kupferleitungen eines Kabels, gibt es Elektronen, die sich durch das Material bewegen können.
Diese beweglichen Elektronen spielen eine wichtige Rolle bei elektrischen Vorgängen. Wie sie sich in einem geschlossenen Stromkreis bewegen und wie dadurch elektrischer Strom entsteht, behandeln wir später.
Was passiert in einer Batterie?
In einer Batterie laufen chemische Vorgänge ab. Sie sorgen dafür, dass sich elektrische Ladungen unterschiedlich verteilen.
Dadurch unterscheiden sich die beiden Anschlüsse der Batterie elektrisch voneinander. Zwischen ihnen entsteht eine elektrische Spannung.
Du kannst dir zunächst merken: In einer Batterie sorgen chemische Vorgänge dafür, dass zwischen ihren beiden Anschlüssen eine elektrische Spannung entsteht.
Die Spannung ermöglicht es, elektrische Ladungen in einem geschlossenen Stromkreis gerichtet zu bewegen. Wie dabei elektrischer Strom entsteht und was im angeschlossenen Motor passiert, sehen wir uns später genauer an.
Wann ist eine Batterie geladen oder entladen?
Im Alltag sprechen wir davon, dass eine Batterie geladen oder leer ist.
Eine Batterie kann elektrische Energie bereitstellen, solange ihre chemischen Vorgänge dies ermöglichen. Beim Betrieb eines angeschlossenen Geräts wird Energie aus der Batterie übertragen und im Gerät umgewandelt.
Mit der Zeit kann die Batterie immer weniger Energie bereitstellen. Schließlich reicht ihre Leistung für den vorgesehenen Betrieb nicht mehr aus. Wir sagen dann, dass sie entladen ist.
Wichtig ist dabei: Eine entladene Batterie hat nicht einfach ihre Elektronen verloren. Entscheidend ist, dass sie nicht mehr genügend Energie für den vorgesehenen Betrieb bereitstellen kann.
Bei deinem ferngesteuerten Auto könnte eine entladene Batterie also eine Erklärung dafür sein, dass es langsamer wird oder stehen bleibt. Es gibt allerdings auch andere mögliche Ursachen.
4. Das Wichtigste auf einen Blick
Stellen wir uns noch einmal dein ferngesteuertes Auto vor. Es fährt langsamer als sonst. Du vermutest, dass die Batterie nicht mehr genügend Energie bereitstellt.
Die wichtigsten Aussagen aus diesem Artikel helfen dir, die Stromversorgung besser zu verstehen:
- Elektrische Spannung beschreibt einen elektrischen Unterschied zwischen zwei Punkten.
- Bei einer Batterie besteht die Spannung zwischen ihren beiden Anschlüssen.
- Die Spannung wird in Volt (V) angegeben.
- In einer Batterie sorgen chemische Vorgänge dafür, dass zwischen den Anschlüssen eine elektrische Spannung entsteht.
- Elektrische Geräte sind für bestimmte Spannungen ausgelegt. Deshalb muss die Spannung der Energiequelle zum Gerät passen.
- Eine entladene Batterie hat nicht einfach ihre Elektronen verloren. Sie kann nicht mehr genügend Energie für den vorgesehenen Betrieb bereitstellen.
Wenn dein ferngesteuertes Auto langsamer wird, kann eine entladene Batterie eine mögliche Ursache sein. Die Spannungsangabe hilft dir dabei, die Batterie und die Anforderungen des Geräts besser einzuordnen.
5. Kannst du die Frage beantworten?
Auf deinem ferngesteuerten Auto steht, dass es für eine Batteriespannung von 4,5 V ausgelegt ist. Du findest eine Batterie, auf der 9 V angegeben sind.
Würdest du diese Batterie einfach anschließen? Begründe deine Entscheidung mithilfe dessen, was du über die elektrische Spannung gelernt hast.