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Flachbatterien liefern 4,5 Volt Nennspannung. Sie bestehen im Inneren aus drei hintereinander geschalteten Primärzellen mit jeweils 1,5 Volt. Die kompakte Anordnung wurde früher gern in Geräten verwendet, wird aber im Endverbrauchersegment zunehmend von der Mignon-AA-Batterie verdrängt, da energiesparende Techniken auf dem Vormarsch sind.
Dennoch verteidigt die Flachbatterie ihren Stammplatz in Schulkabinetten für elektrotechnische Experimente weiterhin mit grosser Beliebtheit.
Flach-Batterien sind gekapselte Batterien. Diese sind nicht wiederaufladbar, im Gegensatz zu Akkumulatoren.
Die Bauform der Flachbatterie gibt es nicht als Akku. Entsprechend existieren auch keine Ladegeräte.
Die Energieversorgung mittels Batterie basiert auf elektro-chemischen Prozessen, die sich im Inneren der Batterie abspielen:
- In einer geladenen Batterie ist Energie chemisch gespeichert.
- Beim Anschluss von elektrischen Verbrauchern wird diese chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Der Vorgang, bei dem Elektronen von den Materialien in der Batterie an den Schaltkreis abgegeben werden, nennt sich Redoxreaktion. Dieser Begriff ist zusammengesetzt aus Reduktion und Oxidation. Bei einer Reduktions-Oxidations-Reaktion, kurz Redoxreaktion, wird der abgebende Stoff um die Elektronen reduziert, ein anderer Stoff - der Oxidationsstoff- nimmt diese Elektronen auf. So gelangen die Elektronen in den Schaltkreis und es fliesst Strom. Allerdings nur, wenn die Pole der Batterie richtig zugeordnet wurden.
Grundwissen für Experimente:
- Der Pluspol einer Flachbatterie befindet sich an der kurzen Anschlusszunge.
- Der Minuspol einer Flachbatterie befindet sich an der langen Anschlusszunge.
- Pluspol und Minuspol geben die Spannungsrichtung an. Der Pluspol hat das höhere Potential.
- Die Anode setzt die Elektronen frei.
- Der Strom fliesst durch den angeschlossenen Stromkreis von der Kathode zur Anode.
Die Anschlusszungen von Flachbatterien sind gut kontaktierbar. Zum Beispiel kann elektrischer Strom geleitet werden, wenn der Stromkreis um die Flachbatterie als Spannungsquelle geschlossen ist. Als leitfähiges Material wird oft eine einfache Büroklammer aus Metall verwendet. Dies ist möglich, da die Nennspannung der Flachbatterie mit 4,5 Volt selbst bei kleinen Kindern als unbedenklich gilt. Bei einer höheren Spannung dürften nur schutzisolierte Kabel und keine offenen Leitungen verwendet werden.
Ausserdem eignen sich die grossen Anschlussclips von Flachbatterien als Schalter, welche durch Zurechtbiegen geöffnet oder geschlossen werden können. Bekannt ist diesbezüglich das Experiment mit einer Flachbatterie und einer Glühbirne, wobei die Glühbirne zu leuchten beginnt, wenn der Stromkreis verbunden wird.
Praxiswissen: Im Inneren besteht die Flachbatterie aus drei Primärzellen mit jeweils 1,5 Volt Nennspannung. Diese befinden sich in Reihenschaltung, so dass sich für die gesamte Flachbatterie eine Spannung von 4,5 Volt ergibt.
Man könnte die Flachbatterie also theoretisch durch drei kleinere Mignon-Batterien ersetzen, wie es in einigen Batterieadaptern der Fall ist. Allerdings hat diese Zusammenschaltung von drei Batterien mit jeweils 1,5 V Spannung nicht die gleiche Kapazität, was sich auf die Lebensdauer auswirkt. Bei einer fertigen Flachbatterie sind die Raumverhältnisse besser ausgenutzt.
Flachbatterien in Schulen
Flachbatterien sind mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit jedem von uns im Laufe seiner Schulzeit schon einmal begegnet: Erinnern Sie sich noch, wie die Glühbirne an der Flachbatterie angeschlossen plötzlich leuchtet? Oder wie es kribbelt, wenn man beide Pole der Flachbatterie gleichzeitig berührt?
Flachbatterien eignen sich für kleine Experimente, da ihre geringe Spannung von 4,5 Volt keine grossen Risiken birgt. Sie reicht aber aus, um grundlegende elektrotechnische Kenntnisse zu vermitteln. Durch die Reihenschaltung mehrerer Flachbatterien lassen sich noch höhere Stromspannungen erzeugen. Daher sind Flach-Batterien aus keinem Physik-Kabinett wegzudenken.
Zudem haben Flachbatterien grosse Anschlussfahnen, die bei Basteleien einfach kontaktierbar sind.
Flachbatterien in Geräten
Als Gerätebatterien werden Flachbatterien von einigen Herstellern bis heute in Kastenleuchten verwendet. Dabei handelt es sich um eine Spezialform von Taschenlampen.
Zu den alten Geräten, die mit Flachbatterien betrieben werden, zählen beispielsweise Transistorradios und einige analoge Widerstandsmessgeräte.
In sonstigen Geräteanwendungen wurden Flachbatterien nahezu vollständig von den kleineren Mignon-Batterien und Akkuzellen abgelöst. Möglich wurde der Einsatz der kleineren Batterien durch den technischen Fortschritt hinsichtlich erheblicher Energieeinsparung: Moderne Geräte benötigen weniger Batterieleistung als ihre Vorgänger, die für Flachbatterien ausgelegt waren.
Unser Praxistipp:
In Geräten sind bei Halterungen für Flachbatterien oft auch runde Aussparungen für den alternativen Betrieb mit zylindrischen Batterien vorgesehen.
Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) wacht über die Standardisierung von Batterietypen. In der IEC-Bezeichnung werden Alkali-Mangan-Flachbatterien 3LR12 genannt, Zink-Kohle-Flachbatterien als 3R12 gekennzeichnet. Die genormten Abmasse einer Flachbatterie betragen ca. 65 mm x 61 mm x 21 mm.
In ihrer Funktion nehmen sich Zink-Kohle-Batterien und Alkali-Mangan-Zellen als Flachbatterien nichts: Beide Typen liefern 4,5 Volt Nennspannung und sind nicht wiederaufladbar.
Sie weisen aber unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf.
- Alkali-Mangan-Batterien, manchmal als Alkaline bezeichnet, sind eine Weiterentwicklung der Zink-Kohle-Primärzellen für Batterien.
- Moderne Alkali-Mangan-Batterien laufen seltener aus, können länger gelagert werden und haben obendrein höhere Kapazitäten. Deswegen werden Zink-Kohle-Batterien heutzutage kaum noch hergestellt.
Flachbatterien bilden eine Ausnahme im allgemeinen Trend gegen die Zink-Kohle-Batterie. Sie gibt es nach wie vor häufig in beiden chemischen Varianten. Allerdings sind Flachbatterien im Ganzen ein aussterbender Batterietyp: Ihnen droht die Verdrängung sowohl durch kleinere AA-/AAA-Batterien in Geräten als auch durch grössere 9-Volt-Blockbatterien bei den experimentellen Anwendungen.