Als praktisches Set gibt es sogenannte Kartoffelbatterien oder Zitronenbatterien zu kaufen. Sie enthalten zwar kein Obst oder Gemüse, aber dafür Kupfer- und Zinkstäbchen, ein paar Kabel sowie eine kleine Digitaluhr. Damit lässt sich ganz einfach eine Batterie bzw. ein galvanisches Element zusammenbauen, mit der man die mitgelieferte Uhr betreiben kann. Bei einer galvanischen Zelle bzw. einem galvanischen Element wird chemische in elektrische Energie umgewandelt. Ein solches Set können Sie zum Beispiel hier kaufen.
Als elektrischer Leiter eignen sich natürlich nicht nur Kartoffeln oder Zitronen, sondern auch diverse andere Obst- und Gemüsesorten. Dazu gehören Äpfel, Gurken, Grapefruit, Orangen und Tomaten. Wer mag, kann außerdem Limonade oder Salzwasser verwenden.
Üblicherweise lässt sich bei diesem Experiment zwischen den beiden Metallstäbchen mit einem Spannungsmessgerät eine Spannung von ca. 0,5 Volt abgreifen und ein Strom von ca. 0,1 Milliampere messen.
Für größere Spannungen versieht man zum Beispiel mehrere Zitronen oder Kartoffeln mit je einem Zink- und Kupferelement und verbindet diese. Man hat dann eine Reihenschaltung, in der sich die einzelnen Spannungen addieren.
Besonders gut sind Zitronen für derartige Experimente geeignet. Am besten rollt man zunächst eine Zitrone mit festem Druck auf einer Tischplatte hin und her und schneidet sie dann in zwei Hälften. Danach steckt man in jede Zitronenhälfte ein Kupfer- und ein Zinkelement und verbindet diese über die Drähte. Man kann dieses physikalische Experiment auch natürlich auch ohne ein gekauftes Set machen. Eine Anleitung dazu gibt es hier.
Warum leitet die Obstbatterie Strom?
Eine Zitrone enthält wie auch andere Obst- und Gemüsesorten Ionen. Darunter versteht man Atome, die elektrisch geladen sind. Hat ein solches Atom zu viele Elektronen, ist es negativ geladen. Besitzt es zu wenig Elektronen, ist es positiv geladen.
Ionen sind immer bestrebt, entweder die ihnen fehlenden Elektronen aufzunehmen oder überschüssige Elektronen abzugeben. In diesem Fall ist das Zink als unedles Metall bestrebt Elektronen loszuwerden, während die Ionen im Zitronensaft Elektronen aufnehmen. Am Kupferblech wiederum lagern sich positiv geladene Ionen aus dem Zitronensaft an. Sie nehmen Elektronen von den Kupferatomen auf. Kupfer ist ein edles Metall.
Das Zink- bzw. Kupferelement werden die Elektroden genannt. Damit es zum Austausch von Elektronen kommt, bedarf es also der folgenden Elemente:
- einen Pluspol (das Kupfer): er nimmt Elektronen auf
- einen Minuspol (das Zink): er gibt Elektronen ab
- einen Leiter (Drähte), durch den die Elektronen vom Zink zum Kupfer wandern können
- und einen Elektrolyt (der Zitronensaft): in diesem sind die Ionen gelöst
Die chemische Reaktion kommt spätestens dann zum Stillstand, wenn keine Ionen mehr vorhanden sind bzw. deren Konzentration zu niedrig wird oder wenn die Bleche mit Fremdatomen überzogen sind.
Falls man ein Spannungsmessgerät zur Hand hat, kann man das Experiment variieren, indem man verschieden Obst- und Gemüsesorten verwendet. So lässt sich herausfinden, welches Obst oder Gemüse den meisten „Saft“ liefert.
Achtung: Nach dem Experimentieren ist das Obst nicht mehr zum Verzehr geeignet, denn es enthält Metallionen.
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