Aufbau einer Kartoffelbatterie
Strom muss nicht immer von einem großen Kraftwerk oder einer professionellen Batterie kommen, sondern kann auch einfach aus einer Kartoffelbatterie kommen. Diese kannst du ganz einfach selbst bauen. Für den Bau einer eigenen Batterie wird eine Kartoffel, ein edles und nicht edles Metall (z.B. etwas aus Kupfer und Zink) und ein Multimeter oder eine LED benötigt. Ebenso benötigst du zwei Kabel, um die metallischen Gegenstände miteinander zu verbinden.
Stecke die beiden metallische Gegenstände in die Kartoffel. Verbinde nun diese mit den beiden Kabeln und dem Multimeter. Nun sollte eine Spannung festzustellen sein. Anstelle des Multimeters können auch die Kopfhörer verwendet werden, indem die Metalle mit den unterschiedlichen Polen des Steckers verbunden werden. Hierbei kann ein Knacken in den Kopfhörern zu hören sein. Bei gleichen Metallsorten ist kein Knacken zu hören. Die angezeigte Spannung am Messgerät und die Geräusche im Ohrhörer weisen darauf hin, dass elektrischer Strom zwischen den beiden Metallen fließt.
Achtung: Nach dem Versuch ist die Kartoffel nicht mehr essbar, da sie dann Metallionen enthält.
Warum funktioniert das?
Strom ist nichts anderes als die Weitergabe von Ladungen. Und genau das passiert auch bei unserem Versuch. Der Saft der Kartoffel sorgt für eine chemische Reaktion. Innerhalb der Kartoffel wandern nun Elektronen vom einen Metall zum anderen, bis die Ladungen ausgeglichen sind. Durch diesen Prozess entsteht ein Stromfluss. Zur Veranschaulichung kann man diesen Prozess durch zum Beispiel eine LED veranschaulichen.
Wo kommt der Strom her?
Die Metalle Kupfer und Zink bestehen aus elektrisch ungeladenen Atomen. Die Atome beider Metalle können Elektronen abgeben und so zu positiv geladenen Ionen werden. Diese Ionen können sich in Wasser lösen – bei unserer Kartoffeluhr in dem Wasser der Kartoffel. Allerdings ist das Bestreben der beiden Metalle, Elektronen abzugeben, sehr unterschiedlich. So gibt Zink ziemlich leicht Elektronen ab, Kupfer trennt sich dagegen wesentlich weniger leicht von seinen Elektronen. Umso weniger sich diese trennen, umso edler ist das Metall. Daher ist Zink ein unedles und Kupfer ein edles Metall.
Steckt man also eine Zinkscheibe in eine Kartoffel, lassen einige Zinkatome Elektronen in der Scheibe zurück und lösen sich als Ionen im Kartoffelwasser. Die Zinkscheibe ist damit der Minuspol der Kartoffelbatterie. Aus einer Kupferscheibe treten dagegen fast keine Ionen aus, sodass auch fast keine Elektronen zurückbleiben. Die Kupfermünze ist damit der Pluspol der Kartoffelbatterie.
Das Multimeter misst den Unterschied zwischen den Elektronenansammlungen im Zink (viele Elektronen) und Kupfer (fast keine Elektronen) und gibt ihn als Zahl mit der Einheit Volt (V) an. Diese Zahl, auch elektrische Spannung genannt, sagt Chemikern, wie unterschiedlich das Bestreben zweier Stoffe (hier Kupfer und Zink), Elektronen abzugeben, ist.
Verbindet man die Elektronenansammlung im Zink nun über elektrisch leitende Drähte mit dem elektronenarmen Kupfer, dann fließen die Elektronen als Strom vom Zink ins Kupfer – und können auf ihrem Weg elektrische Geräte wie eine LED betreiben. So können immer neue Zink-Ionen entstehen und immer neue Elektronen zurücklassen. Damit fließt der Strom eine ganze Weile, sodass die LED nicht sofort wieder ausgeht, sondern immer weiter leuchtet.
Wann ist eine Kartoffelbatterie leer
Grundsätzlich ist eine Batterie dann leer, wenn es keinen messbaren Unterschied zwischen den Elektronenansammlungen an Minus- und Pluspol mehr gibt. Denn ohne diesen Unterschied kann kein Strom fließen.
Wenn aus Zink-Atomen Ionen werden, verlassen diese das Metall und lösen sich im Wasser der Kartoffel. Damit bleiben immer weniger Atome in der Zinkscheibe. Mit anderen Worten: Die Zinkscheibe (oder -spirale) wird immer kleiner, bis – theoretisch – irgendwann nichts mehr davon übrig ist. Gleichzeitig entsteht an der Kupfermünze Wasserstoff und verschiedene Ionen bewegen sich innerhalb der Kartoffel hin und her. Wird dabei ein Zustand erreicht, in dem es keine Ladungsansammlung mehr auszugleichen gibt, hört der Strom auf zu fließen und die LED leuchtet nicht länger. Dann ist die Kartoffel „leer“.
