Fachwissenschaftlicher Bezug 2
Batterien sind Energiewandler, die chemische Energie speichern und durch Ionenwanderung in elektrische Energie umwandeln.
Der Grundaufbau besteht aus folgenden Bestandteilen:
- einem Gehäuse aus Metall und Kunststoff
- einer positiven Elektrode (Kathode) und einer negativen Elektrode (Anode)
- einem Scheider, der die beiden Elektroden elektrisch gegen Kurzschluss trennt und den Durchgang der Ionen ermöglicht
- einer meist wässrigen Lösung (Elektrolyte von Salzen, Säuren oder Laugen), die in den Poren der Elektroden und des Scheiders vorhanden ist
- metallischen Ableitern, die den Strom bei der Entladung zu den Endpolen + und - führen
Für die elektrochemische Reaktion kommen Metalle und Metall-verbindungen wie Blei, Cadmium, Zink, Lithium, Magnesium, Nickel, Quecksilber, Silber in Frage.
Durch das Eintauchen der Elektroden in die Elektrolytlösung gehen Metallionen in die Lösung oder schlagen sich aus der Lösung auf den Elektroden nieder, so dass elektrische Spannungen entstehen. An der Anode, dem Minuspol, befindet sich ein Elektroden-Überschuss, so dass bei leitender Verbindung beider Elektroden durch einen äußeren Draht ein Strom vom negativen zum positiven Potenzialniveau fließt.
Für Schülerversuche eignen sich in der Grundschule 4,5 Volt Batterien, da sich hier die Leitungsdrähte gut befestigen lassen.
Glühlampen stellen Lichtquellen mit einem durch elektrischen Strom zur Glut erhitzen Glühfaden dar.
Die Glühlampe besteht aus einem Glaskolben, einem Glühdraht (Glühwendel), einem Zuleitungsdraht, einem Schraubsockel, Isolierplättchen und Kontaktplättchen.
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Der Glaskolben dient nicht nur dem Schutz des Glühdrahtes, sondern auch seiner längeren Haltbarkeit.
Damit der Glühdraht nicht zu schnell verbrennt oder verdampft, befindet sich innerhalb des Glaskolbens ein Gasgemisch z.B. aus Argon und Stickstoff. |
Die erste Glühlampe wurde 1854 von dem deutschen Uhrmacher Heinrich Goebel gebaut. Als Glühfaden benutzte er Holz- und Pflanzen-fasern, die aber nicht lange haltbar waren. Um 1880 entwickelte der Amerikaner Thomas Alva Edison die Glühlampe weiter und machte sie wirtschaftlicher, indem er Kohlefäden nutzte, die höheren Temperaturen standhielten. Er verwendete sie in seinen Glühlampen, die damit über 13 Stunden brannten.
Heutige Glühfäden bestehen aus Wolfram. Dieses Metall schmilzt erst bei ca. 3400 Grad Celsius. Somit verfügt es über einen hohen Schmelzpunkt und verdampft auch bei hohen Temperaturen nur langsam. Der Glühfaden aus Wolfram ist somit thermisch stabiler und ermöglicht eine bessere Lichtausbeute. Der heute benutzte Draht ist sehr dünn. Wird der Faden mehrfach gewendelt (gedreht), kann bis zu einem Meter Draht in dem Glaskolben untergebracht werden und dadurch mehr Licht entstehen.
Fließt elektrischer Strom durch eine Glühlampe, so erhitzt sich durch den Stromfluss der Glühdraht schnell auf eine Temperatur von ca. 2600 Grad Celsius und beginnt durch die Widerstandserwärmung zu glühen. Dieser glühende Draht sendet ein helles Licht aus. Elektrische Energie wird somit in Licht und Wärme umgewandelt.
Ein Stromkreis kann sowohl durch eine Parallelschaltung als auch durch eine Reihenschaltung hergestellt werden.
Die Parallelschaltung (Nebeneinanderschaltung) zeichnet sich dadurch aus, dass alle Stromquellen und verschiedene elektronische Einheiten z. B. Glühlampen parallel mit ein und derselben Gesamtspannung verbunden sind.
Sie werden alle von gleicher Stromstärke durchflossen, d.h. die von der Stromquelle (z.B. Batterie) gelieferte Gesamtspannung bleibt innerhalb der Schaltung bei jeder elektronischen Einheit (z.B. Glühlampe) gleich hoch.
Bei der Reihenschaltung (Hintereinander- /Serienschaltung) sind alle Energiequellen oder -verbraucher hintereinander geschaltet. Dabei entfällt auf jede elektronische Verbrauchseinheit (z.B. Glühlampe) der ihrem Widerstand entsprechende Teil der von der Spannungsquelle gelieferten Gesamtspannung.
Ist, wie bei einer Batterie gegeben, nur eine begrenzte Gesamtspannung vorhanden, fällt an jeder der leistunsgleichen Glühlampen die Spannung 1/[Anzahl der Glühlampen] ab.
Die Helligkeit aller (leistungsgleichen) Glühlampen ist gleich. Die Helligkeit der einzelnen Glühlampen ist geringer als bei der Parallel-schaltung der gleichen Glühlampen
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