Lege deine linke Hand auf die Zinkplatte links und die rechte auf eine der anderen Platten! Zwischen welchen Platten entsteht die höchste Spannung?
WORUM GEHT ES?
An dieser Station kannst du selbst zum wesentlichen Bestandteil einer Batterie werden. Wie groß die dabei entstehende Spannung ist, lässt sich mit einem Voltmeter messen, bei jedem ist sie anders!
Die Station ist folgendermaßen aufgebaut: Auf einen Tisch sind verschiedene Metallplatten geschraubt, die linke Platte aus Zink ist mit einem Anschluss eines Voltmeters verbunden. Die vier rechten Platten aus Kupfer, Aluminium, Messing und Zink sind mit einem breiten Kabel untereinander und mit dem zweiten Anschluss des Voltmeters verbunden.
Legst du deine linke Hand auf die linke Zinkplatte und die rechte auf eine der anderen Platten, wirst du zu einem Teil der Batterie und die entstehende Spannung wird am Voltmeter angezeigt.
WESHALB IST DAS SO?
Wenn du deine Hände auf zwei der ausgelegten Platten auflegst, entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen deinen Handflächen und der Metalloberfläche der Platten. Sie ermöglicht es, dass positiv geladene Teilchen (Ionen) die Metalloberfläche verlassen und sich an den Handinnenflächen anlagern. Im Metall bleiben einzelne negativ geladene Teilchen zurück, die Elektronen. Legt man zum Beispiel die linke Hand auf die Zinkplatte ganz links auf dem Pult und die rechte Hand auf die Kupferplatte weiter rechts, lösen sich aus dem Zink mehr Ionen heraus als aus dem Kupfer. Das liegt daran, dass Kupfer ein edleres Metall als Zink ist und sich somit die Kupferionen wesentlich schwerer aus dem Metallverbund herauslösen lassen.
Mit dem Auflegen der Hände entsteht also ein Elektronenüberschuss auf beiden Platten. Jedoch ist die Anzahl der Elektronen, die auf der Zinkplatte zurückbleiben, größer als die auf der Kupferplatte. Der so entstandene Ladungsunterschied verursacht eine elektrische Spannung zwischen den Platten, die von dem Gerät auf dem Pult, einem so genannten Voltmeter, gemessen werden kann. Die Spannung bleibt solange aufrecht, wie der Hautkontakt mit den Metalloberflächen besteht.
Während dieser Zeit finden zwei Prozesse gleichzeitig statt. Zum einen kann sich der Elektronenüberschuss über die Verbindung durch die Metallbänder ausgleichen. Und zum anderen werden ständig neue positive Ionen durch den Kontakt zwischen Haut und Metall aus den Platten herausgelöst. Die entstehende Spannung hängt dabei ganz wesentlich von der Feuchtigkeit der Hände ab, weil sie es ist, die den leitenden Kontakt zwischen Hand und Metall herstellt. So kann es passieren, dass Menschen mit eher trockenen Händen eine geringere Spannung erzeugen als Menschen mit feuchteren Händen. Außerdem hängt die entstehende Spannung von den Materialien der Platten ab, die man benutzt. Wählt man zum Beispiel die beiden Zinkplatten aus, entsteht gar keine Spannung, weil sich auf beiden Seiten gleich viele Ionen aus dem Metall herauslösen.
Alltagsbezug
Der Aufbau dieser Station entspricht im Wesentlichen dem galvanischen Element, benannt nach dem Italiener Luigi Galvani, das auch heute noch Anwendung in Batterien findet. Dabei übernimmt der Mensch mit seinen leicht feuchten Händen die Aufgabe der Batteriesäure, die sonst in Batterien dafür zuständig ist, die Ionen aus den Elektroden herauszulösen.
Übrigens: Eine einfache Kartoffelbatterie kannst du herstellen, indem du einen Zink- und einen Kupfernagel hineinsteckst. Der entstehende Strom ist allerdings sehr schwach. Es funktioniert auch mit einer Zitrone oder einem Apfel.