Physik – Elektrizität – Kartoffelbatterie

Elektrische Spannung an einer Kartoffelbatterie

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Elektrische Spannung
Klassenstufen	7 bis 8
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partnerarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: den Aufbau und die Wirkungsweise einer Kartoffelbatterie als Spannungsquelle beschreiben und erklären. für verschiedene Metallpaarungen (Elektroden) und Anzahl an Zellen die elektrische Spannung messen und vergleichen. die Voraussetzungen für das Funktionieren einer Kartoffelbatterie benennen.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler kennen bereits

• die elektrische Spannung als physikalische Größe (Bedeutung, Formelzeichen, Einheit)
• den Aufbau der Atome (Atommodell mit Atomhülle aus wanderungsfähigen negativen Elektronen)
• chemische Reaktionen aus dem Chemieunterricht
• proportionale Zuordnungen aus dem Mathematikunterricht

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Experimentierkabel, rot, 25 cm
• Experimentierkabel, schwarz, 50 cm
• 2 Experimentierkabel, schwarz, 10 cm
• 6 Abgreifklemmen
• Mini-Digital-Multimeter
• 3 Kartoffeln
• Küchenpapier
• Tablett
• 3 Kupferelektroden
• 3 Zinkelektroden
• Aluminiumelektrode
• Eisenelektrode

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Hinweise zur Vorbereitung

Alle Materialien (Geräte, Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) müssen für jede Versuchsgruppe bereitgestellt werden, zum Beispiel in Körben, auf Tabletts oder in Schalen.

Die Kartoffeln sollten mittelgroß und möglichst frisch sein. In Haushaltsfolie verpackt und kühl gelagert sind die Kartoffeln mehrmals einsetzbar. 

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Als Einstieg in die Thematik bietet sich ein Blick in die Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler hinsichtlich der Verwendung von Batterien und Akkumulatoren (umgangssprachlich: Akkus) an. Der Unterschied zwischen Batterien und Akkus kann in diesem Zusammenhang erfragt bzw. erklärt werden.

Das Experimentieren sollte auf geeigneten Unterlagen (zum Beispiel Tabletts) erfolgen, da die Kartoffeln Flüssigkeit abgeben. Bereits stehendes Küchenpapier hilft beim Abwischen der Elektroden.

Das Einstecken der Elektroden (Metallplatten) in die Kartoffel gelingt mühelos, wenn die Elektrode an einer Kante angesetzt und leicht gedreht in die Kartoffel geschoben wird (wie im Video gezeigt). Die entstandenen Einschnitte können dann für weitere Elektroden ebenfalls benutzt werden.

Für leistungsstärkere und interessierte Lerngruppen kann das Experimentieren forschend orientiert durchgeführt werden. Dazu ist den Schülerinnen und Schülern der Grundaufbau (Kartoffel, 2 Elektroden, 2 Experimentierkabel und ein Spannungsmessgerät) bekannt, aber die Zusammenstellung der Elektrodenpaare wird den Experimentiergruppen überlassen. Zusätzlich zu den Metallelektroden liegen weitere Platten aus Holz und Kunststoffen bereit.

Versuchsergebnisse

Anzahl der Kartoffeln	Elektrode 1 (Stoff)	Elektrode 2 (Stoff)	Spannung (U in V)
1	Kupfer	Kupfer	0
1	Kupfer	Eisen	0,5
1	Kupfer	Aluminium	0,6
1	Kupfer	Zink	0,9
2	Kupfer	Zink	1,9
3	Kupfer	Zink	2,8

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt mit der Bearbeitung der Protokollseite und den weiteren editierbaren Zusatzseiten. Das Video „Kartoffelbatterie als Spannungsquelle“ kann ebenfalls der Auswertung bzw. Zusammenfassung dienen. Dieser Versuch bietet zum Chemieunterricht eine fachübergreifende Behandlung von chemischen Reaktionen an. Zur Erklärung der Wirkungsweise einer Kartoffelbatterie kann ebenfalls in Absprache mit dem Chemieunterricht auf das Wesen edler und unedler Metalle eingegangen werden.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Nach dem Experimentieren in Versuchsgruppen können alle „Kartoffelzellen“ zu einer Reihenschaltung zusammengeschlossen und die elektrische Spannung gemessen werden. Achten Sie dabei darauf, dass die Gesamtspannung unter 12 V bleibt.

Die Schülerinnen und Schüler können auch weitere Obst- und Gemüsesorten hinsichtlich ihrer Eignung als Spannungsquelle untersuchen. Das ließe sich auch gut als Wettbewerb gestalten.

Autor: Dr. Dietmar Karau