Pentru iubitorii de tot felul de experimente și experiențe, oferim o idee neobișnuită - încercați să construiți cu propriile mele mâini o baterie primitivă făcută din lămâi acre. Cheltuim mulți bani pe baterii, acumulatori pentru alimentarea telefoanelor, ceasurilor, jucăriilor, fără să ne gândim deloc că suntem înconjurați de o mulțime de surse de energie ieftine, din care putem asambla o celulă galvanică economică și simplă cu propriile mâini la oricând. Nici nu ne putem imagina câte lucruri interesante ne înconjoară!
Pentru a realiza experimentul vom avea nevoie, așa cum am menționat mai sus, de lămâi (8 bucăți), 9 fire subțiri cu cleme, 8 bucăți mici de sârmă de cupru și tot atâtea cuie galvanizate, un ceas cu baterie și, bineînțeles , un voltmetru pentru a testa capacitățile (tensiunea) bateriei pe care am construit-o.
După ce am frământat ușor lămâile în mâini, lipim în fiecare dintre ele o bucată de sârmă de cupru și un cui galvanizat. Luăm un ceas, scoatem bateria din el și folosim fire pentru a crea circuit electric, ca într-un desen. Conectăm capetele libere ale firelor de la prima și a opta lămâie la ceas în locurile în care era amplasată anterior bateria, creând un circuit închis. La sfârșitul experimentului vom vedea cum merge ceasul. Prin conectarea capetelor firelor la un voltmetru, putem observa o tensiune de 0,49 V.
Este ușor de explicat cum funcționează bateria noastră de fructe. Când cuprul și zincul intră în contact cu acidul citric, are loc o reacție chimică, în urma căreia cuprul devine încărcat pozitiv și zincul devine negativ. Când se creează un circuit închis folosind sârmă de cupru și cuie mici galvanizate, începe să funcționeze un curent electric. Zincul (sursa de electroni) este polul negativ baterie de fructe, cupru – pozitiv. Tensiunea din baterii este legată de capacitatea zincului și cuprului de a ceda electroni. Curentul electric depinde de numărul de electroni eliberați în timpul reacției chimice.
Dacă nu aveți lămâi acasă, puteți utiliza orice alte fructe citrice, kiwi, banane, mere, pere, cartofi, roșii, castraveți și ceapă ca material principal pentru experiment. Aceste legume și fructe pot funcționa și ca o baterie, deși tensiunea lor va fi ușor diferită de sursa de curent de lămâie. Cel mai tensiune înaltă O para va da, cel mai mic - un kiwi. Pentru caracteristicile electrice a creat baterii afectează aciditatea produselor utilizate. Prin conectarea mai multor baterii de fructe succesiv vom realiza o creştere a tensiunii proporţional cu cantitatea de fructe folosită.
Perechea de cupru și zinc poate fi înlocuită cu alte componente, de exemplu, cupru și aluminiu, aluminiu și zinc. Adevărat, în acest din urmă caz, bateria se va dovedi a fi ceva mai slabă decât cea „originală” de lămâie.
Experimentul descris mai sus este o confirmare directă că oamenii pot folosi în mod liber materiale naturale, regenerabile pentru a-și satisface nevoile energetice. O serie de companii la scară industrială au început deja să creeze neobișnuit baterii folosind banane procesate și coji de portocală. Compania Sony a prezentat nu cu mult timp în urmă publicului o baterie în care se folosea suc de fructe în loc de electrolit. Prin umplerea bateriei cu 8 ml de suc, puteți alimenta mici electronice portabile timp de o oră. Oamenii de știință din Marea Britanie au creat o versiune similară a bateriei pentru un computer cu putere redusă, cu un procesor IPte1 386. S-a dovedit experimental că 12 cartofi pot deveni o sursă completă de energie pentru un computer timp de 12 zile.
Mulți școlari de la chimie, fizică sau lecții de muncă au avut norocul să facă o baterie dintr-o lămâie. Sună ciudat, pentru că toată lumea este obișnuită să vadă bateriile tip standard. Dar sursa de energie din fructe este ceva neobișnuit!
Cum se face o baterie dintr-o lămâie?
De fapt, puteți construi o astfel de instalație din orice fruct. Singura diferență va fi în tensiune. Lămâia are avantajul că conține acid citric. Este capabil să genereze un curent electric mai mare.
Iată de ce aveți nevoie pentru a crea o baterie de lămâie:
- Lămâie - 1-2 bucăți.
- Sârmă de cupru în cantitate de 1 bucată. Pentru un experiment la scară largă, puteți lua mai mult. Dacă nu, puteți folosi o monedă.
- Placă de zinc. Poate fi un șurub, un șurub sau un fir metalic obișnuit.
- Multimetru sau tester de tensiune.
- Dioda electro luminiscenta. Vă va permite să înregistrați clar că există curent.
După cum puteți vedea, fabricarea acestei baterii se bazează pe doar trei lucruri.
Pasul 1.
Luați o lămâie și amintiți-vă puțin. De asemenea, puteți spăla și șterge dacă doriți. Deși nu este atât de important.
Pasul 2.
Plasați un conductor de cupru la o adâncime mică de până la 2 cm și un conductor metalic nu departe de acesta.
Conectați firele la tijele proeminente.
Testați cu un multimetru câți volți produce această instalație.
Ca rezultat, 0,91 volți!
Asamblați a doua baterie de lămâie și conectați-le în serie. Sau conectați un alt fir de cupru și metal. Apoi conectați-le în diagonală între ele.
Cert este că LED-ul nu se va aprinde de la o baterie, așa că veți avea nevoie de al doilea.
Astfel, bateria de lamaie poate produce constant curent electric.
Explicație: Funcționarea unei astfel de baterii se bazează pe interacțiunea a doi conductori de metale opuse. Odată ce sunt introduse în lămâie, sunt înconjurate de un mediu de acid citric. Această substanță servește ca electrolit. Adică începe să curgă o reacție chimică și ionii se mișcă, eliberând energie.
Cel mai bine este să folosiți sârmă de cupru în locul monedei.
Aprinde un bec cu... o lămâie!
Complexitate:
Pericol:
Faceți acest experiment acasă
Siguranță
Înainte de a începe experimentul, îmbrăcați mănuși și ochelari de protecție.
Efectuați experimentul pe o tavă.
Reguli generale de siguranță
- Nu lăsați substanțele chimice să intre în contact cu ochii sau gura.
- Țineți oamenii departe de locul experimentului fără ochelari de protecție, precum și copiii mici și animalele.
- Nu lăsați trusa experimentală la îndemâna copiilor sub 12 ani.
- Spălați sau curățați toate echipamentele și accesoriile după utilizare.
- Asigurați-vă că toate recipientele de reactivi sunt bine închise și depozitate corespunzător după utilizare.
- Asigurați-vă că toate recipientele de unică folosință sunt aruncate corect.
- Utilizați numai echipamentul și reactivii furnizați în kit sau recomandați de instrucțiunile curente.
- Dacă ați folosit un recipient pentru alimente sau articole din sticlă pentru experimente, aruncați-l imediat. Nu mai sunt potrivite pentru depozitarea alimentelor.
Informații de prim ajutor
- Dacă reactivii vin în contact cu ochii, clătiți bine cu apă, ținând ochiul deschis dacă este necesar. Adresați-vă imediat medicului dumneavoastră.
- Dacă este înghițit, clătiți gura cu apă și beți puțină apă curată. Nu provocați voma. Adresați-vă imediat medicului dumneavoastră.
- Dacă reactivii sunt inhalați, scoateți victima la aer curat.
- În caz de contact cu pielea sau arsuri, spălați zona afectată o cantitate mare apă timp de 10 minute sau mai mult.
- Dacă aveți dubii, consultați imediat un medic. Luați cu dvs. reactivul chimic și recipientul acestuia.
- În caz de rănire, solicitați întotdeauna asistență medicală.
- Utilizarea necorespunzătoare a substanțelor chimice poate provoca vătămări și daune sănătății. Efectuați numai experimentele specificate în instrucțiuni.
- Acest set Experiențele sunt destinate numai copiilor cu vârsta de peste 12 ani.
- Abilitățile copiilor variază semnificativ chiar și în cadrul grupelor de vârstă. Prin urmare, părinții care efectuează experimente cu copiii lor ar trebui să-și folosească propria discreție pentru a decide care experimente sunt adecvate și sigure pentru copiii lor.
- Părinții ar trebui să discute despre regulile de siguranță cu copilul sau copiii lor înainte de a experimenta. O atenție deosebită trebuie acordată manipulării în siguranță a acizilor, alcalinelor și lichidelor inflamabile.
- Înainte de a începe experimentele, ștergeți site-ul experimentului de obiectele care vă pot interfera. Evitați depozitarea alimentelor în apropierea locului de testare. Zona de testare trebuie să fie bine ventilată și aproape de un robinet sau de altă sursă de apă. Pentru a efectua experimente veți avea nevoie de un tabel stabil.
- Substanțele din ambalaje de unică folosință trebuie utilizate complet sau eliminate după un experiment, de exemplu. după deschiderea pachetului.
FAQ
LED-ul nu este aprins. Ce să fac?
Mai întâi, asigură-te că feliile din lămâie nu se ating.
În al doilea rând, verificați calitatea conexiunii dintre clemele crocodil și plăcile metalice.
În al treilea rând, asigurați-vă că LED-ul este conectat corect: crocodilul negru este atașat de „piciorul scurt”, cel roșu de cel lung. În acest caz, crocodilii nu ar trebui să atingă celălalt „picior”, altfel circuitul se va închide!
Sucul de lângă farfuria de magneziu șuiera. Este în regulă?
Totul e bine. Magneziul este un metal reactiv și reacționează cu acidul citric formând citrat de magneziu și eliberează hidrogen.
Alte experimente
Instrucțiuni pas cu pas
- Luați 2 farfurii de magneziu din borcanul etichetat „Mg”.
- Pregătiți 2 agrafe de aligator: 1 neagră și 1 albă. Conectați plăcile de magneziu la crocodilii alb-negru.
- Luați 2 plăci de cupru din borcanul etichetat „Cu”.
- Conectați banda de cupru la capătul liber al crocodilului alb. Conectați placa de cupru la crocodilul roșu.
- Tăiați lămâia în jumătate. Introduceți benzi de cupru și magneziu într-o jumătate de lămâie o distanta scurta unul de altul (aproximativ 1 cm). Repetați cu cele două felii rămase, folosind cealaltă jumătate de lămâie. Asigurați-vă că plăcile nu se ating.
- Luați LED-ul. Conectați capătul liber al crocodilului roșu la piciorul lung al LED-ului. Conectați capătul liber al crocodilului negru la piciorul scurt al LED-ului. LED-ul se va aprinde!
Eliminare
Aruncați deșeurile solide din experiment împreună cu deșeurile menajere. Scurgeți soluțiile în chiuvetă și apoi clătiți bine cu apă.
Ce s-a întâmplat
De ce începe să strălucească dioda?
În condițiile experimentale, are loc o reacție chimică: electronii din magneziu Mg sunt transferați în Cu cupru. Această mișcare a electronilor este un curent electric. Pe măsură ce trece prin LED, îl face să strălucească. Astfel, instalația asamblată în acest experiment acționează ca o baterie - o sursă chimică de curent.
Pentru a afla mai multe
Participanții la acest experiment - cupru Cu și magneziu Mg - sunt foarte asemănători. Ambele sunt metale. Aceasta înseamnă că sunt destul de maleabile, strălucitoare și conduc bine electricitatea și se încălzesc. Toate aceste proprietăți sunt consecințe ale structurii interne a metalelor. Poate fi gândit ca ioni pozitivi aranjați într-o anumită ordine, care sunt ținuți împreună folosind electroni comuni întregii piese de metal. Din cauza acestei comunități, electronii pot „plimba” pe întregul volum al metalului.
În ciuda motivelor comune în structură, cuprul și magneziul sunt diferite unul de celălalt. „Pachetul” general de electroni este ținut într-o bucată de cupru mai puternic decât în cazul magneziului. Prin urmare, pur teoretic, ne putem imagina un proces în care electronii din magneziu „scapă” în cupru. Totuși, acest lucru va duce la o creștere a sarcinilor: pozitive în magneziu și negative în cupru. Acest lucru nu poate continua mult timp: din cauza respingerii reciproce, va fi neprofitabil ca electronii încărcați negativ să se deplaseze mai departe în cupru. Sarcina este astfel colectată la suprafața de contact a două metale diferite.
Interesant este că măsura în care electronii sunt transferați de la un metal la altul depinde de temperatură. Această conexiune este utilizată în dispozitive electronice care vă permit să măsurați temperatura. Cel mai simplu astfel de dispozitiv care folosește acest efect este termocuplu. Utilizarea termocuplurilor este acum larg răspândită și ele formează baza termometrelor electronice.
Să revenim la experiența noastră. Pentru ca electronii să se transfere constant de la magneziu la cupru și pentru ca procesul să devină ireversibil, este necesar să se îndepărteze sarcina pozitivă din magneziu și sarcina negativă din cupru. Aici intervine lămâia. Este important ce fel de mediu creează pentru plăcile de cupru și magneziu blocate în el. Toată lumea știe că lămâia are un gust acru, în principal datorită acidului citric pe care îl conține. Desigur, există și apă în el. O soluție de acid citric este capabilă să conducă electricitatea: atunci când se disociează, apar ioni de hidrogen H + încărcați pozitiv și un reziduu de acid citric încărcat negativ. Acest mediu este ideal pentru îndepărtare sarcină pozitivă cu magneziu și o sarcină negativă cu cupru. Primul proces este destul de simplu: ionii de magneziu încărcați pozitiv Mg 2+ trec de la suprafața plăcii de magneziu în soluție (suc de lămâie):
Mg 0 – 2e - → Mg 2+ soluție
Al doilea proces are loc pe o placă de cupru. Deoarece acumulează o sarcină negativă, atrage ionii de hidrogen H + . Ei sunt capabili să ia electroni dintr-o placă de cupru, transformându-se mai întâi în atomi de H, iar apoi aproape imediat în molecule de H2, care zboară departe:
2H + + 2e - → H2
De ce nu ne descurcăm cu o singură pereche cupru-magneziu?
Cel mai apropiat analog al sistemului „placă de cupru – lămâie – placă de magneziu” este o baterie AA obișnuită. Funcționează pe același principiu: reacțiile chimice care au loc în interiorul său duc la generarea unui curent de electroni, adică electricitate. Probabil ați observat asta la unele dispozitive baterii AA sunt dispuse pe rând (adică polul negativ al unuia este în contact cu polul pozitiv al celuilalt). Mai des fac acest lucru nu direct, ci prin fire sau plăci mici de metal. Dar esența rămâne aceeași - acest lucru este necesar pentru a crește forța care acționează asupra electronilor și, prin urmare, pentru a crește curentul.
La fel, placa de cupru dintr-o bucată de lămâie este conectată la placa de magneziu a alteia. Dacă conectați o diodă cu o singură pereche de cupru-magneziu, aceasta nu va începe să strălucească, dar folosirea a două perechi duce la rezultatul dorit.
Pentru a afla mai multe
Pentru a descrie forța care determină mișcarea sarcinilor, adică duce la generarea de electricitate, se folosește conceptul Voltaj. De exemplu, orice baterie indică valoarea tensiunii pe care o poate crea într-un dispozitiv sau conductor conectat la ea.
Tensiunea creată de o pereche magneziu-cupru nu este suficientă pentru acest experiment, dar două perechi sunt deja suficiente.
De ce folosim cupru și magneziu? Este posibil să luați o altă pereche de metale?
Toate metalele au abilități diferite de a reține electroni. Acest lucru vă permite să le aranjați în așa-numita serie electrochimică. Metalele care sunt la stânga în acest rând țin electronii mai rău, iar cele care sunt în dreapta păstrează electronii mai bine. Din experiența noastră, curentul electric apare tocmai din cauza diferenței dintre cupru și magneziu în capacitatea lor de a deține electroni. În seria electrochimică, cuprul este semnificativ la dreapta magneziului.
Putem lua cu ușurință alte două metale - este necesar doar să existe o diferență suficientă între dorința lor de a reține electronii. De exemplu, în acest experiment, argintul Ag poate fi folosit în loc de cupru, iar zincul Zn poate fi folosit în loc de magneziu.
Totuși, am ales magneziu și cupru. De ce?
În primul rând, sunt foarte accesibile, spre deosebire de argint. În al doilea rând, magneziul este un metal care combină simultan activitate suficientă și stabilitate. La fel ca metalele alcaline - sodiu Na, potasiu K și litiu Li - se oxidează ușor, adică renunță la electroni. Pe de altă parte, suprafața magneziului este acoperită cu o peliculă subțire din oxidul său MgO, care nu este distrus atunci când este încălzit până la 600 o C. Protejează metalul de oxidarea ulterioară în aer, ceea ce îl face foarte convenabil pentru utilizare în practică.
Ce alte fructe și legume pot fi folosite în loc de lămâie?
Multe fructe și legume sunt potrivite pentru acest experiment. Este suficient doar ca ei să aibă pulpă suculentă. De exemplu, în loc de lămâie, puteți lua un măr, banană, roșie sau cartof. Chiar și un strugure mare va face bine!
Toate aceste legume, fructe și fructe de pădure conțin suficientă apă, precum și substanțe care se disociază (se descompun în particule încărcate - ioni) în apă. Prin urmare, prin ele poate curge și curentul electric!
Ce este o diodă și cum funcționează?
Diodele sunt dispozitive mici care pot trece curentul electric prin ele însele și pot îndeplini un fel de funcție. muncă utilă. În acest caz vorbim despre un LED - la transmitere curent electric strălucește.
Toate diodele moderne conțin în miez un semiconductor - un material special a cărui conductivitate electrică nu este foarte mare, dar poate crește, de exemplu, atunci când este încălzită. Ce este conductivitatea electrică? Aceasta este capacitatea unui material de a conduce curentul electric prin el însuși.
Spre deosebire de o simplă bucată de semiconductor, orice diodă conține două „grade” ale acesteia. Însuși numele „diodă” (din grecescul „δίς”) înseamnă că conține două elemente - acestea sunt de obicei numite anodȘi catod.
Anodul diodei este format dintr-un semiconductor care conține așa-numitele „găuri” - zone care pot fi umplute cu electroni (de fapt, rafturi goale special pentru electroni). Aceste „rafturi” se pot mișca destul de liber prin anod. Catodul diodei este, de asemenea, format dintr-un semiconductor, dar unul diferit. Conține electroni, care se pot deplasa relativ liber prin el.
Se pare că această compoziție de diodă permite electronilor să se miște cu ușurință prin diodă într-o direcție, dar practic nu le permite să se miște în direcția opusă. Când electronii se deplasează de la catod la anod, la granița dintre ei există o întâlnire de electroni „liberi” în catod și goluri de electroni (rafturi) în anod. Electronii ocupă cu bucurie aceste locuri libere, iar curentul merge mai departe.
Să ne imaginăm că electronii se mișcă în direcția opusă - trebuie să coboare de pe rafturile confortabile într-un material în care nu există astfel de rafturi! Evident, acest lucru nu este benefic pentru ei și curentul nu va curge în această direcție.
Astfel, orice diodă poate acționa ca un fel de supapă pentru ca electricitatea să circule printr-o direcție, dar nu și în cealaltă. Această proprietate a diodelor a făcut posibilă utilizarea lor ca bază pentru tehnologia calculatoarelor– orice computer, smartphone, laptop sau tabletă conține un procesor bazat pe milioane de diode microscopice.
LED-urile, desigur, au o altă aplicație - în iluminare și afișare. Însuși faptul apariției luminii este asociat cu o selecție specială de materiale semiconductoare care alcătuiesc dioda. În unele cazuri, aceeași tranziție a electronilor de la catod la golurile anodului este însoțită de eliberarea de lumină. În cazul diferiților semiconductori, apare luminiscența de diferite culori. Avantaje importante Diodele în comparație cu alte surse de lumină electrică sunt siguranța și eficiența lor ridicată - gradul de conversie a energiei electrice în lumină.
Baterii naturale energie electrica, o baterie din fructe - este posibil? Să încercăm să rezolvăm această problemă în laboratorul nostru.
Trebuie remarcat faptul că acest experiment este bun pentru simplitatea și claritatea sa. Poate fi folosit atât pentru un proiect științific școlar (mai ales prin adăugarea unei secțiuni teoretice), cât și ca formă de divertisment, făcând o prezentare bună, de exemplu, pentru prieteni. Această experiență este grozavă dacă decideți să petreceți timp de calitate cu copilul dumneavoastră – atât distractiv, cât și educațional!
În articolul anterior, am atins puțin despre istoria creării bateriei, am aflat de unde provine electricitatea din ea și am analizat procesele care au loc în celula galvanică. Și o metodă incredibil de utilă de a înțelege lumea din jurul nostru numită „Ce este înăuntru?” ne-a ajutat să vedem din ce este făcută o baterie. Adevărat, a trebuit să spargem mai multe celule galvanice, dar în acest articol, promit, nu vom sparge nimic. Doar creează!
De ce avem nevoie pentru asta? După cum am aflat deja, orice celulă galvanică constă din electrozi și un electrolit. Urmând tradiția, nu vom folosi materiale exotice sau greu de găsit. Dacă doriți să repetați experimentul, veți avea nevoie de următoarele:
- Legume sau fructe pe care le aveți la îndemână. Doar nu le spune celor din jur pentru ce ai nevoie de ele, altfel data viitoare când vrei, să zicem, o portocală, nu îți vor da una - vor spune că vei transfera mâncarea din nou :) Ei va juca rolul de electrolit în lotul nostru de baterii (sau mai bine zis, sucul de fructe pe care îl conțin, care, datorită acizilor din fructe, acționează ca un mediu de schimb ionic).
- Fier și cuie galvanizate. Daca nu ai cuie zincate, poti folosi bucati de tabla zincata. Dacă, după articolul anterior despre designul bateriilor, mai aveți o carcasă de zinc, este timpul să o scoateți din cutia prețuită. După cum înțelegeți, toate acestea vor acționa ca electrozi.
- Mai multe fire. Am luat mai multe miezuri dintr-un cablu cu perechi răsucite cu mai multe fire. Avem nevoie de fire pentru a organiza un circuit electric - chiar puntea de-a lungul pe care electronii trec de la un electrod la altul.
- Și bineînțeles, vom avea nevoie de un consumator actual - de ce avem nevoie de electricitate dacă nu avem unde să o cheltuim. În calitate de consumator, ar trebui să utilizați ceva cu putere redusă: de exemplu, un calculator sau un LED. Nu ar trebui să luați nimic mai puternic, de exemplu, o lampă cu incandescență. Deși, ultima remarcă poate fi neglijată dacă ai un camion cu lămâi parcat în fața casei.
Să așezăm componentele pe masa noastră de laborator.
Decupăm capetele firelor de izolație.
Începem să scufundăm electrozii în electrolit. Ei bine, pentru a spune simplu, lipiți cuie și farfurii în proviziile de mâncare pregătite. Primul electrod...
... si apoi altul.
Atașăm fire la capetele electrozilor.
Celula galvanică este gata! O jumătate de lămâie arată aproape jumătate de volt.
După ce am finalizat toate procedurile de mai sus cu un măr, vedem că o celulă galvanică din acest fruct produce o tensiune similară.
Portocaliul oferă o tensiune similară.
Dar ceapa a făcut o surpriză. S-a dovedit a fi o baterie de înaltă tensiune :)
Acum haideți să vedem de ce sunt capabili toți acești frați ai noștri cu fructe electrice. Desigur, fiecare dintre aceste elemente este capabil de puțin. Poate doar demonstrează cu un voltmetru că produc electricitate de fapt. Mult mai eficientă ar fi o demonstrație a funcționării consumatorilor actuali din bateriile noastre de fructe. După cum am observat deja, tensiunea produsă de o celulă galvanică separată de fructe nu va fi suficientă pentru a alimenta chiar și consumatorii de curent cu putere redusă. Prin urmare, trebuie să creștem tensiunea. Acest lucru poate fi realizat prin conectarea mai multor celule galvanice într-un circuit în serie, de ex. ca aceasta:
După ce ne conectăm toate celulele galvanice la o baterie, obținem deja o tensiune destul de solidă.
Să încercăm să conectăm LED-ul (la conectare trebuie să respectați polaritatea)... Este aprins!!!
Pana si vechiul calculator, pe care am incetat sa mai iau in calcul de mult sa mai functioneze, a inceput sa functioneze dintr-o baterie de fructe!
Ei bine, experiența a fost un succes! După cum puteți vedea, o baterie de fructe este foarte posibilă. Desigur, nu poate fi considerată o sursă serioasă de putere. Dar ca un material vizual excelent despre natura electricității, care pentru cei neinițiați poate părea chiar puțin mistic - destul de!
Succes cu experimentele tale!
