Unklarheit bei Spannungsmessung

Djdbsbsns · Anmeldungsdatum: 26.10.2021 Beiträge: 5

Meine Frage:
Hallo,
Eine Spannungsmessung misst den Spannungsabfall zwischen zwei Punkten. Ein Multimeter zeigt nichts an, wenn ich ein Stück Kupferblech und ein Eisenblech getrennt in eine Schale lege und die Messspitzen an die Metalloberflächen halte. Gebe ich einen Elektrolyten in eine Schüssel, messe ich eine Spannung. Ist dies nun der Spannungsabfall ZWISCHEN den Metallen? Die Größe der Spannung ist aber durch die Art des Metalls bestimmt. Wieso benötigt man für die Messung dann überhaupt einen Elektrolyten. Spannung ist doch nichts anderes als Elektronendichte. Wenn ich das Multimeter an die zwei Pole der Steckdose halte messe ich doch auch eine Spannung, ganz ohne Elektrolyt. Oder liegt das am AC?

Meine Ideen:
Braucht man womöglich einen geschlossenen Stromkreis? Und mit einem Multimeter ist er nicht geschlossen, weil es einen unendlich großen Widerstand hat? Liegt das am AC?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

Nein im ersten Fall bildet sich mit dem Elektrolyten ein galvanisches Element eine Art Batterie, die Spannung, die durch eine Redoxreaktion erzeugt wird misst man.

Bei der Steckdose steht in weiter Entfenung ein Transformator und davor ein Generator im Kraftwerk dahinter.

gast_free · Anmeldungsdatum: 15.07.2021 Beiträge: 195

Bei einer Spannungsmessung wird die Differenz elektrischer Potentiale gemessen. Manchmal wird dies als Spannungsabfall bezeichnet aber in Wirklichkeit ist dies eine Differenz von zwei elektrischen Potentialen. Dies wiederum wird als elektrische Spannung bezeichnet. Sie beschreibt, welche Energie gewonnen werden kann oder aufgewendet werden muss um eine Ladung von dem einen Feldpunkt zum anderen Feldpunkt zu verschieben.

Haben zwei Messpunkte dasselbe Potential ist die elektrische Spannung zwischen diesen beiden Punkten Null. Das Deine beiden Metallplatten dasselbe Potential besitzen und somit die Spannung den Wert Null besitzt muss nicht immer so sein. Es könnte sich eine Platte z.B. durch Reibungselektrizität aufladen und dann doch eine Spannung ungleich Null gemessen werden.

Taucht man eine Metallplatte z.B. in ein Bad mit Schwefelsäure, findet eine Redoxreaktion statt. Au dem Metall lösen sich positiv geladene Ionen und lassen freie Elektronen im Metall zurück. Je unedler das Metall um so mehr Ionen gehen in die Säure. Durch die Überschüssigen Elektronen bildet sich ein elektrisches Feld um dieses feste Metall. Das Potential verschiebt sich.

Taucht man nun ein anderes, z.B. edleres Metall in eine weitere Lösung gehen weniger oder keine Ionen in diese Lösung. Zwischen diesen beiden Metallen besteht eine messbare elektrische Spannung. Die Elektronen aus dem unedleren Metall wollen über einen Stromleiter zur anderen Metallplatte wandern. Dies passiert solange bis die Potentialdifferenz ausgeglichen ist. Dann ist auch die Spannung wieder Null.

Damit dies nicht passiert kann man beide Gefäße (Halbzellen) durch eine Ionenbrücke miteinander verbinden. Jetzt können die positiven Ionen aus der ersten Halbzelle in die zweit Halbzelle wandern und die Elektronen vom zweiten Metall wieder aufnehmen. Sie lagern sich dabei an die zweite Elektrode an. Die erste Elektrode löst sich langsam auf. Wenn sie aufgelöst ist bricht die Spannung zusammen.

Das ist das Prinzip einer gewöhnlichen, nicht aufladbaren Batterei.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Gemessen wird das elektrochemische Potenzial zwischen den Messspitzen. Ohne chemische Reaktion sind die beiden Potenziale gleich und man misst klarerweise nichts.

https://ur.booksc.eu/dl/30311605/e1faaa

Der "Klassiker" zu diesem thema ist der Artikel von Riess (Bilder).

Mit "AC" hat das natürlich nichts zu tun...das ist ja ganz was anderes!

Djdbsbsnss · Gast

Danke für die Antworten!
@schnudl
OK, ohne Elektrolyt kein elektrisches Potential, weil keine Ladung vorhanden ist. Aber das chemische Potential muss doch unterschiedlich sein! Schließlich sind es zwei unterschiedliche Metalle und somit ist das chemische Potential nicht gleich. (Steht ja auch so im verlinkten Artikel von Riess, dass von zwei gleichen Materialien mit gleicher Zusammensetzung die chemische Potentialdifferenz 0 ist)

Also nochmal: Wieso ergibt eine Spannungsmessung von zwei unterschiedlichen Metallen mit unterschiedlichem chemischen Potential, ohne elektrisches Potential (da kein Elektrolyt), keinen Spannungswert ungleich 0?

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Djdbsbsns · Anmeldungsdatum: 26.10.2021 Beiträge: 5

[quote="schnudl"]

Das elektrochemische Potenzial, also die freie Energie des Systems pro Elektron ist im thermodynamischen Gleichgewicht zweier im Kontakt befindlichen Materialien überall gleich. Diese Größe setzt sich zusammen aus einem chemischen Anteil (chemisches Potenzial) und einem elektrischen Anteil (elektrisches Potenzial).

@schnudl
Danke nochmal für die Antwort und die interessanten Ansätze, aber das ging etwas an meiner Frage vorbei und zu weit darüber hinaus. Du sprichst von zwei Metallen die sich im Kontakt befinden. Das meine ich aber nicht. Ich will von zwei Metallen die Spannung, also die Differenz im elektrochemischen Potential messen, die sich nicht berühren und nicht durch einen Elektrolyten „kontaktiert“ sind.
Deshalb existiert kein elektrisches Potenzial (keine gelösten Ionen), das habe ich inzwischen verstanden. ABER: jetzt verbleibt ja noch das chemische potential! Wenn ich davon ausgehe dass das Voltmeter nicht lügt und die Spannung 0V beträgt, bleiben nun zwei Optionen: 1) Die chemischen Potentiale beider Metalle sind null 2) die chemischen Potentiale beider Metalle sind gleich groß. 2) schließe ich aus, weil es unterschiedliche Metalle sind.

Wieso sind die chemischen Potentiale der Metalle also null? Wenn ich das verstanden habe bin ich glücklich smile

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Djdbsbsns · Anmeldungsdatum: 26.10.2021 Beiträge: 5

Und wieso gleicht sich das elektrochemische Potenzial bei dem Anschluss eines Voltmeters an eine Steckdose nicht aus?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1548

Well dort eine externe Spannung ansteht.

Djdbsbsns · Anmeldungsdatum: 26.10.2021 Beiträge: 5

Der Artikel von Riess war interessant bis auf den letzten Absatz, weil ich nicht verstehe weshalb die Temperatur da mit hineingebracht wird. Für die Praxis ist besteht nie eine relevante Temperaturdifferenz zwischen Messsystem und Voltmeter

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien