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Die Kartoffelbatterie – so vielseitig kann die Knolle aus der Erde sein

Kartoffeln sind fester Bestandteil unseres Speiseplans und jedem Kind bekannt. Allerdings ist Kartoffel nicht gleich Kartoffel. Es gibt sie in vielen verschiedenen Formen und Sorten auf unseren Tellern. Die „Erdäpfel“ speichern zudem in ihrem Inneren sehr viel Energie in Form von Stärke.
Die beliebte Mahlzeit ist aber nicht nur lecker sondern auch vielseitig. So hat bestimmt jeder schon mal Begriffe wie “Kartoffelbatterie” oder “Kartoffeluhr” gehört. Aber was steckt dahinter?

Das beliebte Kinder-ExperimentSo gelingt die DIY-Kartoffelbatterie

Anders als viele zunächst denken, muss Strom nicht aus einem professionellem Akku oder einem Kraftwerk kommen. Man kann sich auch ganz einfach anhand einer Kartoffelbatterie seine eigene Stromquelle basteln. Und da es so simpel durchzuführen ist wie es sich anhört, wird seid Jahren mit diesem kleinen Experiment Kindern das Thema Energie und Strom näher gebracht.

Die Kartoffel ist besonders geeignet für dieses Experiment, aufgrund ihrer Phosphorsäure in einer sehr geringer Konzentration. In dieser Lösung sind nämlich Elektroden enthalten, welche in dem Experiment eine wichtige Rolle spielen. Alternativ kannst du aber auch Zitronen oder Äpfel verwenden.
Bereits 1836 wurde eine ähnliche Versuchsanordnung von dem Erfinder John Frederic Daniell entdeckt. Er verwendete statt Kartoffeln oder Zitronen aber Zink- und Kupfersalze.

Das Ziel des Versuchs ist Spannung zwischen zwei verschiedenen Elektroden zu erzeugen.
Du kannst das Experiment mit drei verschiedene Ergebnissen durchführen:

  1. eine LED Lampe, die dank der Kartoffelbatterie leuchten soll
  2. ein Multimeter, der die Spannung der Kartoffelbatterie anzeigt
  3. oder Kopfhörer in den du Strom hören wirst

Achtung! Du kannst die Kartoffel nach dem Versuch nicht mehr verzehren, da sie dann Metall Ionen enthält.


Experiment 1: Kartoffelbatterie mit LED Lampe

Dein Material:

  • 3 Kartoffeln
  • 3 Münzen
  • 3 Schrauben aus Zink
  • 4 Krokodilkabel
  • 1 LED
  • 1 Messer

So wird´s gemacht – Anleitung

Schneide die Kartoffeln am besten erstmal an einer Seite flach, damit sie gut liegen. Dann werden in die beiden gegenüberliegenden Seiten jeder Kartoffel zwei kleine Schlitze geschnitten. In den rechten Schlitz kommen die Elektroden in Form einer Cent Münze, in den linken das Zink in Form von einer Schraube (oder Belegscheibe). Achte darauf, dass die beiden Metalle weit auseinander liegen und sich nicht berühren. Am besten so wie auf der Abbildung. Nun kannst du die Metalle mit Hilfe von den Krokodilklemmen verbinden und den Stromkreislauf schließen. Beim Anschließen der LED Lampe muss beachtet werden, dass die Leuchtioden gepolte Bauteile sind. Das bedeutet, dass das längere Beinchen der Lampe unbedingt an das Cent Stück angeschlossen werden muss. Wenn du alles richtig gemacht hast, leuchtet nun deine Lampe durch einen selbst gemachten Stromkreislauf.

Tipp : Rote LED´s brauchen nicht so viel Spannung wie gelbe oder grüne. Verwende also am besten rote LED Lampen.

Der Aufbau einer Kartoffelbatterie mit einer Lampe

 

Experiment 2: Kartoffelbatterie mit einem Multimeter

Dein Material:

  • 1 Kartoffel
  • verschieden Metalle wie Geldstücke und Schrauben
  • 2 Krokodilkabel
  • 1 Multimeter

So wird´s gemacht – Anleitung

Schneide auch hier die Kartoffel unten flach ab damit sie besseren Halt hat. Dann werden in die beiden gegenüberliegenden Seiten der Kartoffel zwei kleine Schlitze geschnitten. In den einen Schlitz kommen die Elektroden in Form einer Cent Münze, in den anderen ein Metall in Form einer Schraube, Belegscheibe, Nagel oder auch Alufolie. Verbinde die Metalle nun mit einem Multimeter wie unten abgebildet. Jetzt kannst du unterschiedliche Metallsorten kombinieren und ihre Spannung feststellen. Anhand der Zahl auf dem Multimeter kann man feststellen,  dass elektrischer Strom zwischen den jeweiligen Gegenständen (Metallen) fließt. Dies ist nur bei unterschiedlich edlen Metallen möglich. Kombinierst du zum Beispiel eine Münze und Alufolie erhälst du eine Spannung von 0,410 V.

So funktioniert eine Kartoffelbatterie mit einem Multimeter

Experiment 3: Kartoffelbatterie mit Kopfhörern

Dein Material:

  • 1 Kartoffel
  • etwas Kupferkabel
  • 1 Seitenschneider
  • 1 verzinkte Schraube
  • 1 Schraubendreher
  • Kopfhörer

So wird´s gemacht – Anleitung

Schneide dir als erstes mit dem Steitenschneider zwei 15cm lange Stücke von dem Kabel ab. Nun müssen an den 4 Kabelende ca. 2cm abisoliert werden, was bedeutet, dass die Kunststoffisolierung vorsichtig von dem Kabel geschoben werden muss. Jetzt wickelst du eins der blanken Kabelnenden direkt unter den Schraubenkopf der Zinkschraube. Mithilfe eines Schraubenziehers kannst du nun die Schraube in ein Ende der Kartoffel schrauben. Achte darauf, dass das blanke Kupfer nicht die Kartoffel berührt. Als nächstes steckst du das blanke Ende des anderen Kabels in die andere Seite der Kartoffel. Stöpsel dir deine Kopfhörer in die Ohren, halt die beiden verbliebenen Kabelenden an den Stecker der Kopfhörer und lass dich überraschen..

So funktioniert eine Kartoffelbatterie mit Kopfhörern

Erklärung – So funktioniert die Kartoffelbatterie

Im Grunde haben alle drei Batterien nach dem gleichen Prinzip funktioniert. Chemiker und Physiker bezeichnen Metalle als unterschiedlich “edel”. Diese Versuche funktionieren also nur mit unterschiedlich edlen Metallen wie zum Beispiel Kupfer und Zink. Befinden sich zwei Metalle wie diese in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, gibt das unedlere Metall Elektronen an das edlere Metall ab. In diesem Fall gibt also das Zink Elektronen an das Kupfer. Diese leitende Flüssigkeit nennt man auch Elektrolyte. Hier wird sie von der Kartoffel gegeben die, wie oben schon einmal angesprochen, Phosphorsäure enthält und somit ein sehr guter Leite ist. Die Metalle in einer Lösung wie dieser nennt man Elektroden.

Das unedlere Metall löst sich nun auf, seine Atome gehen als Ionen in die Flüssigkeit über und reichern sich um die Elektroden an. Die im Zink zurück bleibenden Elektronen reichern die Elketrode mit negativer Ladung an. Aus dem Kupfer werden Elektronen gelöst, die in das Elektrolyt übergehen. Also in die Flüssigkeit der Kartoffel. Somit hat sich das Kupfer positiv aufgeladen.
Nun haben wir also einen positiven und einen negativen Pol. Verbindet man diese jetzt um die Ladungen auszugleichen, fließt der Strom.


Regel
In solchen Batterien bilden edlere Metalle immer den + Pol und unedlere den – Pol.


Bei dem Kopfhörer-Experiment, schließen wir den Stromkreislauf mit dem Kopfhörerstecker. Die Elektronen fließen so zu dem Plus-Pol aus Kupfer und es kommt zu einem Knacken, welches wir hören können.

Genau das Gleiche passiert bei der Kartoffelbatterie mit dem Messgerät. Der Stromkreis schließt sich in dem Multimeter und man kann die genaue Spannung ablesen. Hier kannst du verschiedenes ausprobieren und herausfinden, welche Metall Kombination die höchste Spannung verursacht.

Das beliebteste Experiment mit der LED Lampe funktioniert identisch. Der Unterschied hier ist aber, dass man drei Kartoffeln braucht um genug Spannung für ein Licht zu erzeugen. Dafür würde eine Kartoffel nicht reichen.

Was kann man mit Kartoffeln sonst noch machen?

Die Kartoffeluhr

Wer glaubt das war schon alles, was man mit einer Kartoffel anstellen kann, der kann sich jetzt freuen. Man kann mithilfe einer Kartoffel sogar eine Uhr zum laufen bringen. Besorge dir einfach im nächsten Baumarkt eine ganz einfache, kleine Digitaluhr mit geringer Voltzahl und schließe sie an die, wie oben erklärte, Kartoffelbatterie an. Je länger die Uhr laufen soll, desto mehr Kartoffeln müssen angeschlossen werden. Am besten 2-3. Achte darauf, dass die Zinkschraube mit dem Pluspol im Batteriefach verbunden ist und das Cent Stück mit dem Minuspol. Wenn du alles richtig gemacht hast, sollte die Uhr angehen.

Wie das beliebte Kinder-Experiment geht

Ein kleiner Tipp: Wenn du deine Kartoffeluhr zum Beispiel vor deiner Klasse vorstellen willst, achte darauf, dass du die Verbindung zwischendurch unterbrichst. Sonst geht die chemische Energie zu schnell und unnötig verloren.

Alternativ kann man aber auch fertige Kartoffeluhren online kaufen für 10-15€. So musst du nur das Zubehör richtig zusammensetzen.

Mit einem Apfel das Handy aufladen?

Nicht nur Kartoffeln sind gute Leiter. Eng danach rangieren Zitronen und Äpfel.
Es ist ein seltsamer Gedanke sein Smartphone mit einem Apfel aufladen zu können. Doch in der Theorie ist das sogar möglich.
Der Aufbau würde sich wie bei den oben beschriebenen Kartoffelbatterien gestalten. Mit dem Unterschied, dass die Elektroden mit einem USB-Kable verlötet werden müssten.

Aus einer Apfel-Batterie mit nur einem Apfel wird eine Stromstärke von 0,5 mA gemessen. Ein normales Ladegerät für ein Smartphone liefert jedoch Ströme von 1000 mA. Um also annähernd auf diesen Wert zu kommen, sind 12500 Zellen notwendig. Wie man also sieht überschreitet der Aufwand und die Kosten den Nutzen einer solchen Batterie. Und auch, dass man alle Äpfel nach dem Nutzen weg schmeißen müsste, da sie danach nicht mehr verzehrt werden können, ist noch ein guter Grund um zu einem herkömmlichen Ladegerät zu greifen.

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