Galvanische Zellen - Versuche mit Potential
Bei den Versuchen zur galvanischen Zelle (Prinzipien von Batterien und Akkus) geht es für Schüler/-innen ab der 9. Klasse darum, den grundsätzlichen Aufbau, Versuchsreihen und Anwendungsbeispiele aus dem Alltag und der Industrie rund um verschiedene galvanische Zellen kennenzulernen.
###Das ist doch bau einer Batterie, und hat relativ wenig mit unserem eigentlichen Versuch an dem Tag zu tun###
Unser heutiges Leben kann man sich nicht ohne elektrischen Strom vorstellen. Ohne Stromquellen kann kein Computer funktionieren, keine Lampe leuchten, zu Hause, bei der Arbeit, in der Schule. Heute benötigen fast alle Geräte elektrische Energie. Ende des 18. Jahrhunderts konstruierte der italienische Wissenschaftler Alessandro Volta eine kontinuierliche Stromquelle, die später „Volta-Säule“ genannt wurde. Woraus besteht sie? Was ist ein Voltaelement?
Ein Voltaelement ist im Prinzip eine Galvanische Zelle und wie alle anderen Galvanischen Zellen besteht es aus zwei Elektroden und einem Elektrolyt. Beim Voltaelement werden als Elektrode zwei verschiedene Metallscheiben benutzt (üblicherweise Kupfer und Zink). Zwischen den beiden Metallscheiben befindet sich ein mit Elektrolyt getränkter Separator. Als Elektrolyt wird eine Zitronensäureoder Kochsalzlösung verwendet. Der Elektrolyt (Filterpapier, durchgetränkt mit Elektrolyt-Flüssigkeit) wird dann als Schicht zwischen diese Scheiben gesetzt. Ein Voltaelement liefert aber eine zu geringe Spannung. Deswegen werden mehrere Voltaelemente so gestapelt, dass verschiedene Metalle in Kontakt sind. Dieser Aufbau ist dann prinzipiell nichts anderes als eine Reihenschaltung mehrerer Zellen. Die resultierende Spannung ist in dem Fall die Summe der Spannungen aller kleinen Elemente. Ein Beispiel für einen Batterie-Bau: Eine Voltasäule kann mit 5-Cent-Stücken, Alufolie und Löschpapier das mit Kochsalz- oder Zitronensäure-Lösung getränkt ist, aufgebaut werden. Die Aufgaben bestehen darin, die Spannung eines Elements und die Höhe der Stromstärke in der Abhängigkeit vom Widerstand zu messen.
Versuchsablauf
Zunächst wird von den Betreuer/-innen der theoretische Hintergrund rund um den Versuch in einem einführenden Vortrag erläutert und die für das Experimentieren erforderlichen Materialien ausgegeben.
Für die Schüler/-innen sind verschiedene Stationen aufgebaut, so dass an jeder Station eine andere galvanische Zelle aufgebaut und erforscht werden kann. Grundkenntnisse zum Messen elektrischer Größen und zur Elektrolyse sollten die Jugendlichen beherrschen.
Dabei können die Schüler/-innen Lösungen für die galvanische Zellen selbst zusammenmischen, Messschaltungen aufbauen, Messdaten und Diagramme erstellen und das Zusammenwirken mehrerer galvanischer Zellen beobachten.
Neben dem Experimentieren werden bei den Versuchsstationen Anwendungsbeispiele zum jeweiligen Versuch erklärt. So erfahren die Jugendlichen durch das Experiment auch einen Alltagsbezug.