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Elektromotorische Kraft und Reihenschaltung

1800
  • Alessandro Volta
Voltaischer Pfahl zur Demonstration der elektromotorischen Kraft in Reihenschaltung mit Zink- und Kupferzellen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Voltaischer Stapel hat das Prinzip der Spannungsaddition durch Reihenschaltung elektrochemischer Zellen entwickelt. Jedes Zink-Kupfer-Paar, jede Zelle, erzeugt eine charakteristische elektromotorische Kraft (EMF) of approximately 0.76 volts. By physically stacking these cells, Volta demonstrated that the total voltage across the pile is the sum of the individual EMFs of each cell, as described by [latex]V_{total} = n \times V_{cell}[/latex].

Die elektromotorische Kraft (EMK) beschreibt die gesamte potenzielle Energie pro Ladungseinheit, die von einer Energiequelle wie einer Batterie bereitgestellt wird. Die Voltasche Säule war das erste Gerät, das eine konstante EMK erzeugte. Voltas entscheidende Erkenntnis war, dass diese Kraft verstärkt werden kann, indem die Komponenten der Energiequelle in einer bestimmten, wiederholbaren Reihenfolge angeordnet werden. In der Säule steht der Minuspol einer Zelle (die Zinkplatte) in direktem Kontakt mit dem Pluspol der nächsten Zelle (der Kupferplatte), wobei der mit Elektrolyt getränkte Separator den Stromkreis innerhalb jeder Zelle schließt.

Diese Reihenschaltung zwingt den Strom, nacheinander durch jede Zelle zu fließen, und die Potenzialdifferenz jeder Zelle wird zum Gesamtwert addiert. Dieses einfache additive Prinzip war revolutionär. Es ermöglichte den Wissenschaftlern, über die sofortigen Entladungen statischer Elektrizitätsgeräte wie der Leidener Flasche mit hoher Spannung, aber niedriger Stromstärke hinauszugehen. Zum ersten Mal konnten sie starke und anhaltende elektrische Spannungen erzeugen. Diese Fähigkeit wurde sofort von Chemikern wie Humphry Davy ausgenutzt, der riesige Stapel mit Hunderten von Zellen baute, um die notwendigen Spannungen zu erreichen, um stabile chemische Verbindungen durch Elektrolyse zu zersetzen, was zur Entdeckung von Elementen wie Natrium und Kalium führte.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elektrizität und Magnetismus

Typ

Physikalisches Prinzip

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Konzeptuelles Verständnis des elektrischen Potenzials oder der ‘Spannung’ aus Studien zur statischen Elektrizität
  • Experimente mit der Verbindung von Leidener Flaschen zur Erhöhung der Ladung oder Spannung
  • Die Experimente von Luigi Galvani, die auf eine innere elektrische Kraft in bestimmten Materialkombinationen schließen lassen

Anwendungen

  • moderne Akkupacks in Laptops, Elektrowerkzeugen und Elektrofahrzeugen
  • Reihenschaltungen in allen Formen der Elektronik
  • Hochspannungs-Gleichstromversorgungen
  • die Grundlage für das Kirchhoffsche Spannungsgesetz in der Schaltungsanalyse
  • Marx-Generatoren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen

Patente:

NA

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Verwandt mit: elektromotorische Kraft, EMK, Spannung, Serienschaltung, Batteriesatz, Potenzialdifferenz, Alessandro Volta, galvanische Zelle.

Historischer Kontext

Elektromotorische Kraft und Reihenschaltung

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1802
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1800
1800
1801
1802
1808

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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