zum Skript

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

2.2 Die Brennstoffzelle unter Last Die von der Brennstoffzelle gelieferte Spannung ist kein konstanter Wert, sondern „bricht zusammen“ (d.h. sinkt), wenn die Brennstoffzelle stark belastet wird. Aufgabe: a) Messen Sie die von der Brennstoffzelle gelieferte Spannung und die Stromstärke für verschiedene Lastwiderstände („Verbraucher“). Beginnen Sie mit großen Widerständen! b) Zeichnen Sie die Kennlinie der Brennstoffzelle, d.h. stellen Sie die Messwerte graphisch dar, indem Sie die Spannung über der Stromstärke auftragen (I-U-Diagramm)! c) Das Phänomen, dass die Spannung einer Elektrizitätsquelle „zusammenbricht“, wenn man sie belastet, tritt auch im Alltag gelegentlich auf. Nennen Sie Beispiele!
2.3 Welche Spannung liefert eine ideale Brennstoffzelle? Vorbetrachtung: Man hat herausgefunden, dass bei einer Temperatur von 20 °C und einem Druck von 1013 hPa für alle 23 Gase in einem Volumen von 24 Litern etwa 6,0 ⋅ 10 Teilchen (Moleküle bzw. Atome) enthalten sind 10 . 23 6,0 ⋅10 22 19 Dies entspricht = 2,5 ⋅10 Teilchen pro Liter bzw. 2,5⋅ 10 Teilchen pro Kubikzentimeter. 24 Wasserstoff liegt molekular vor. Ein Wasserstoffmolekül (H 2 ) besteht aus zwei Wasserstoffatomen, von denen jedes ein Elektron liefern kann. Wasserstoff enthält bei 20 °C und 1013 hPa also 19 19 2⋅ 2,5 ⋅10 = 5,0 ⋅10 Elektronen pro Kubikzentimeter, wobei jedes Elektron einen Ladungsbetrag von 1,6 . 10 -19 C trägt (→ Elementarladung). Ergebnis: Unter den typischen Arbeitsbedingungen einer Brennstoffzelle kann Wasserstoff mit dem Volumen V die folgende Ladungsmenge abgeben: Q = k ⋅e⋅V mit k = 5,0 ⋅10 cm und e = 1,6 ⋅10 19 −3 −19 C. Berechnung der maximal möglichen Spannung einer Brennstoffzelle: Eine „ideale“ Brennstoffzelle 11 würde die gesamte zur Verfügung stehende chemische Energie in elektrische Energie umwandeln: E elektrisch H ⋅V = E chemisch ⇔ Uideal ⋅I ⋅ t = H ⋅V ⇔ Uideal = . I⋅ t Das Produkt aus Stromstärke und Zeit ergibt die Ladung ( I . t = Q ), welche oben berechnet wurde. Daher ergibt sich für die Spannung einer idealen Brennstoffzelle: U ideal H ⋅ V H ⋅V H ⋅V H = = = = . I⋅ t Q k ⋅e⋅V k ⋅e Hierbei sind: H : Heizwert von Wasserstoff (10 J/cm 3 ) k : Anzahl der Ladungsträger pro Kubikzentimeter (5,0 . 10 19 Elektronen pro Kubikzentimeter für Wasserstoff) e : Elementarladung (e = 1,6 . 10 -19 C) Aufgaben: a) Berechnen Sie die Spannung einer idealen Brennstoffzelle! b) Die gelieferte Spannung ist selbst bei einer idealen Brennstoffzelle gering. Wie kann man trotzdem anspruchsvolle Verbraucher (z.B. den Elektromotor eines großen Brennstoffzellenautos) versorgen, die eine hohe Betriebsspannung benötigen? 10 Eine solche Stoffmenge (6,0 . 10 23 Teilchen) wird fachsprachlich als „ein Mol“ (in Zeichen: 1 mol) bezeichnet. Bei Normalbedingungen (0 °C, 1013 hPa) beträgt das molare Volumen eines idealen Gases 22,4 l/mol. 11 „Ideal“ in dem Sinne, dass die Energiewandlung mit dem Wirkungsgrad 1 erfolgt. Dies ist in der Realität freilich nicht erreichbar!
Seite 1 und 2: Strom ohne Kohle, Öl oder Gas? Bre
Seite 3 und 4: 1.2 Aufbau der einzelnen Energiewan
Seite 5: 2. Experimente und Aufgaben 2.1 Der
Seite 9 und 10: 2.5 „Das Wasserstoffauto“ und w
Seite 11 und 12: 3.2 Der Wirkungsgrad einer Solarzel

zum Skript

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?