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 12 Spannende Versuche - Energie ernten

Energie ernten ist ein ganz modernes Thema. Wie kann man kleine Mengen Energie aus Licht, Schall, Schwingungen oder Temperaturunterschieden gewinnen? Manche Geräte brauchen ja nur sehr wenig Energie, das wäre es praktisch, wenn man gang ohne eine Batterie auskommen könnte.

Einige Versuche in diesem Lernpaket haben ja schon eine LED als Fotodiode verwendet. Und jede Fotodiode ist zugleich auch eine Fotozelle, die eine elektrische Spannung erzeugt, wenn sie von Licht beschienen wird. Allerdings ist eine LED nur eine sehr schwache Fotozelle, die extrem wenig Strom liefern kann.
 

12.1 Grüne LED als Solarzelle

Wenn man direkt an eiern LED die Spannung misst, findet man meist null Volt. Das Messgerät braucht nämlich schon mehr Strom als die LED liefern kann. Aber mit einem Trick geht es doch. Man muss die für die Messung nötige Energie in einem Kondensator speichern. Nach einigen Minuten im vollen Sonnenlicht kann die Spannung gemessen werden. Das Messgerät zeigt für einen kurzen Moment 1,5 V oder sogar etwas mehr. Bei einer längeren Messung bricht die Spannung allerdings schnell zusammen. Das ist genau wie im Kapitel 4.1, wo die Entladung genauer untersucht wurde.



Aber immerhin, der Beweis ist erbracht: Eine LED wandelt Licht in elektrische Energie um und kann einen Kondensator aufladen.



Für den Versuch braucht man nur zwei Jumper. Es wird keine Batterie angeschlossen. Man legt die Platine für einige Minuten in helles Sonnenlicht. Dann kann gemessen werden.  Wer genau hinsieht, erkennt noch einen zweiten Widerstand mit 27 kΩ in der Schaltung.  Mitr einem kabel könnte man ihn umgehen, aber er stört nicht. Es fleißt nur so wenige Strom, dass dieser Widerstand überpaupt nicht stört.

Wenn man versucht, die Energie ohne das Messgerät nachzuweisen, kommt man vielleicht auf die rote LED als Anzeige. Könnte die Ladespannung gerade ausreichen um einen schwachen Lichtblitz zu erzeugen? Ich habe es versucht, aber es hat nicht funktioniert. Aber mit einem Kopfhörer kann man die Ladung nachweisen. Beim Anschluss an den Kondensator entsteht ein gut hörbares Knack-Geräusch. Der Kopfhörer kann schon sehr kleine Spannungen nachweisen. Damit funktioniert der Versuch auch schon bei schwachem Licht. Achtung, der Kopfhörer darf nie direkt an eine Batterie gehalten werden! Er könnte bei zu großer Spannung kaputt gehen, und außerdem muss man Gehörschäden befürchten.

Wen jetzt richtig die Freude am Experimentieren erfasst hat, der kann ja mal testen, wie es mit der roten LED funktioniert.

12.2 Spannungsverdopplung

Die von einer LED erzeugte Spannung reicht nicht aus, um sie mit einer LED anzuzeigen. Aber mit einem Trick geht es doch! Man kann nämlich die Spannung für einen kurzen Moment verdoppeln, wenn ein zweiter Kondensator zum Einsatz kommt. Für lange Zeit liegen beide Kondensatoren parallel. Die LED muss dann zwar mehr Ladung liefern, aber nach einer ausreichend langen Zeit wird die volle Spannung von 1,5 V erreicht.



Dann schaltet man beide Kondensatoren in Reihe. So wird die Spannung verdoppelt. Satt nur 1,5 V hat man jetzt 3 V.  Und das sollte reichen, um eine LED leuchten zu lassen.




Für den Versuch ist es wichtig, dass man möglichst wenig umbauen muss. Denn damit steigt die Gefahr, dass die Kondensatoren versehentlich entladen werden. Mit der folgenden Schaltung muss nur eine einzige Verbindung geschlossen werden, um die Reihenschaltung aufzubauen. Solange der Schalter geöffnet ist, liegen beide Kondensatoren über hochohmige Widerstände parallel. Der Schalter legt dann den unteren Anschluss des rechten Kondensators an den oberen Anschluss des linken Kondensators. So werden die Kondensatoren in Reihe geschaltet. Zwar liegen dann auch die Widerstände parallel zu den Kondensatoren und sorgen für eine Entladung. Aber der größere Strom fließt durch die rote LED. So entsteht ein gut sichtbarer Lichtblitz.


Die Schaltung ähnelt übrigens dem Marx-Generator, mit dem man extrem hohe Spannungen erzeugt. 

Versuche haben gezeigt, dass man nicht einmal volles Sonnenlicht braucht. Nach einigen Stunden bei normaler Zimmerbeleuchtung sind die Kondensatoren ebenfalls schon ausreichend geladen, um einen deutlichen Lichtblitz zu erzeugen.

 




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