Wer als stolzer Besitzer eines Elektrofahrrads unterwegs ist, hat sich diese Frage bestimmt schon einmal gestellt und wurde von der vagen Hoffnung begleitet, dass auf dem Heimweg die Steigungen trotz leerem Akku leichter zu überwinden sein werden.
Immerhin verlieren Autos mit Benzin- oder Dieselmotor in der Tat signifikant an Gewicht – der Unterschied zwischen einem PKW mit leerem und randvoll gefülltem Tank kann schnell 50 kg und mehr ausmachen.
Und es wäre eine wirklich praktische Sache, könnte man den Füllstand des Handy-Akkus am Gewicht des Smartphones in der Hosentasche erkennen.
Leerer Tank = leere Batterie?
So einfach ist es leider nicht, denn die Adjektive „voll“ und „leer“ führen auf eine völlig falsche Fährte.
Betrachten wir zunächst, wie die elektrochemische Reaktion in einer Batterie (bzw. einem Akku) abläuft:
Vereinfacht dargestellt ist eine Batterie ein elektrochemischer Energiespeicher und Energiewandler. Die chemisch gebundene Energie wird während einer Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt.
So funktioniert eine Batterie
Diese Reaktion findet in einer sogenannten „galvanischen Zelle“ statt. Im einfachsten Fall ist das ein Behälter mit zwei verschiedenen Elektroden (z.B. Zink und Kupfer) und Säure als Elektrolyt (z.B. Schwefelsäure):
Sowohl dem Kupfer als auch dem Zink entzieht die Säure durch eine chemische Reaktion positiv geladene Teilchen (Ionen). Das Zink gibt jedoch mehr Ionen ab als Kupfer, dadurch entsteht im Zink ein größerer Überschuss an negativen Teilchen, den Elektronen. Verbindet man nun beide Metalle mit einem Draht, gibt das Zink dem Kupfer seine überschüssige Ladung ab – es fließt Strom.
Kreislauf der Elektronen
Durch das Verbinden der Elektroden (Anode und Kathode genannt) schließt man einen Stromkreis und die Elektronen wandern von der Anode (Pluspol) zur Kathode (Minuspol). Die Masse, also die Anzahl der Elektronen, bleibt dabei gleich.
Man könnte also annehmen, dass sich das Gewicht der Batterie durch eine Entladung nicht ändert, weil kein Elektron verloren geht. Richtig? Falsch!
Oh, Einstein!
Nun ist es ja so, dass Batterien Energie abgeben. Logisch. Immerhin betreibt man mit dem gelieferten Strom Radios, Smartphones, Notebooks und inzwischen sogar Autos und ganze Flugzeuge.
Und jetzt kommt auch noch der Physiker Albert Einstein ins Spiel. Erinnern wir uns an die weltbekannte Formel aus Einsteins spezieller Relativitätstheorie
E = m * c²
E: Energie einer Masse im Ruhezustand
m: Masse
c: Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 m/s ≈ 300.000 km/s im Vakuum)
Je größer die Masse eines Körpers, desto größer ist dessen Ruheenergie. Mit anderen Worten: Wenn ein Körper Energie verliert (also z.B. Strom abgibt), geht auch Masse verloren. Dieses Phänomen nennt man in der Fachsprache „Massendefekt“.
Wieviel wiegt Strom?
Der Massendefekt wird hervorgerufen durch die freigesetzte Bindungsenergie beim Herauslösen der Elektronen. Diese ist jedoch so gering, dass im Alltag derartige Änderungen kaum Auswirkungen haben, geschweige denn mit einer Küchenwaage bestimmt werden könnten:
Selbst eine leistungsstarke Autobatterie mit 12 Volt / 100 Ah wird bei vollständiger Leerung nur gute 50 Nanogramm leichter. 1 Nanogramm (ng) entspricht übrigens einem Milliardstel Gramm… Staubwischen ist da die deutlich effektivere Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung! 🙂
Also was lernen wir daraus? Eine Batterie wird beim Entladen in der Tat leichter – nur ist der Gewichtsunterschied so gering, dass er praktisch keine Rolle spielt. Mit anderen Worten: Er fällt nicht ins Gewicht. 😉
Autor: Tobias Eichner | Datum der Veröffentlichung: März 2017 | Letzte Aktualisierung: Mai 2021
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