Elektra ir šviesa iš citrinos: 3 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Prieš daugiau nei 200 metų italų fizikas Alessandro Volta išrado pirmąją tikrąją bateriją. Šiame mokslo klasės eksperimente galime iš naujo sukurti labai panašią bateriją, kurią Volta išrado, naudodama tik citriną ir du metalo gabalus. Jis yra pakankamai galingas, kad užsidegtų šviesos diodas, todėl mes tikrai kuriame šviesą iš citrinos!

Beje … „Volta“akumuliatoriuje buvo naudojamas varis, cinkas ir audinys, įmirkytas sūriame vandenyje. Mūsų eksperimente naudosime varį, magnį ir citriną, tačiau teorija ta pati, elektros gamybai naudojame cheminę reakciją.

Projektas skirtas 10–15 metų (JAV 5–9 klasių) moksleiviams. Vyresni mokiniai turėtų sugebėti užbaigti projektą be pagalbos ir išsiaiškinti, kodėl grandinė neveikia (pavyzdžiui, ryšys tarp citrinų nėra geras ir tt).

Projektas puikiai tinka fizikos ar bendrųjų mokslų pamokoms, tačiau taip pat gali būti išplėstas iki IT klasės. Tai paskatins jūsų mokinius galvoti apie tai, iš kur jų mobilieji telefonai gauna energijos. Klasė rodo, kad baterija naudoja cheminę reakciją elektros srovei sukurti.

Prekės

• Pusę citrinos supjaustykite į 3 dalis (t.y. 3 x 1/6 citrinos)
• Kai kuri varinė viela (iš viso apie 20 cm) - tai viela, naudojama jūsų namų elektros lizduose. Jei pažįstate elektriką, jis tikrai turi daug išjungimų, kuriuos galite naudoti. Priešingu atveju jį galima įsigyti kiekvienoje techninės įrangos parduotuvėje.
• Kai kurios magnio juostelės (iš viso apie 10 cm) - tai galima įsigyti internete už maždaug 3 USD už 1 m (1 mln. Metrų). Jei negalite jo gauti, „cinkuoti“nagai taip pat veiks (bet ne taip gerai), nagai padengti cinku, techninės įrangos parduotuvėse jie atrodys.
• Šviesos diodas (įprastas 3 V šviesos diodas), venkite mėlynos spalvos, nes kartais jiems prireikė daugiau energijos.

1 žingsnis: Paruoškite medžiagas ir padarykite ląsteles

Paimkite 1/2 citrinos ir supjaustykite į 3 dalis, kaip parodyta paveikslėlyje

Toliau nupjaukite 2 maždaug 1 colio ilgio varinės vielos gabalus. Įsitikinkite, kad aplink kabelį nėra guminio ekrano, jis turėtų būti „vario“spalvos:-)

Galiausiai 3 gabalėliai maždaug 1 colio ilgio magnio juostelės (ją paprasta pjaustyti žirklėmis)

Mes ketiname sukurti 3 mažas baterijas (arba „elementus“). Kiekvieną bateriją sudaro citrinos segmentas, vario gnybtas ir magnio gnybtas.

Kodėl mums reikia 3 baterijų? Na, kiekviena baterija pagamins apie 1 volto elektros energijos, tačiau LED veikimui reikia maždaug 3 voltų elektros energijos. Taigi, jei prijungsime 3 baterijas iš eilės, turėsime 3 voltų įtampą, tai turėtų būti tobula šviesos diodo apšvietimui.

2 žingsnis: Sujunkite 3 baterijas iš eilės

Taigi mes turime 3 baterijas, dabar turime jas prijungti iš eilės.

Šiame etape svarbu tai, kad vienos baterijos varinis gnybtas yra prijungtas prie kitos baterijos gnybto. Lengviausias būdas tai padaryti yra sulenkti varinę vielą taip, kad ji susispaustų ant magnio, kad būtų sandariai sujungta.

Jei atsitiktinai prijungsite varį prie vario arba magnį prie magnio prie kiekvienos baterijos, baterijos iš esmės panaikins viena kitą, tai panašu, kad vieną iš baterijų įdėsite į televizoriaus nuotolinio valdymo pultą neteisingai, nuotolinio valdymo pultas neveiks.

Taigi dabar turime 3 baterijas iš eilės.

3 žingsnis: prijunkite šviesos diodą ir leiskite šviesai

Galiausiai galime prijungti šviesos diodą prie kairiojo kairiojo akumuliatoriaus gnybto ir prie dešiniojo dešiniojo akumuliatoriaus gnybto, kad būtų sukurta elektros grandinė.

Tačiau laikykitės - šviesos diodas labai priklauso nuo to, kaip jis prijungtas. Pamatysite, kad viena šviesos diodo kojelė yra ilgesnė už kitą, tai vadinama „anodu“, tai reikia prijungti prie teigiamos (+) akumuliatoriaus pusės. Trumpesnė kojelė vadinama „katodu“, tai reikia prijungti prie neigiamos (-) akumuliatoriaus pusės.

Bet kuris yra teigiamas, o kuris neigiamas citrinos akumuliatoriaus gnybtas?

….. varis yra teigiamas (+), todėl ilgąją šviesos diodo kojelę prijunkite prie varinės vielos ir trumpą šviesos diodo kojelę prie magnio gnybto.

Ir, deja, šviesos diodas turėtų užsidegti. Jei sutraiškysite citrinos segmentus, galite pastebėti, kad šviesos diodas šviečia ryškiau, nes bus išleista daugiau sulčių, kad būtų geriau prijungtas prie gnybtų.

Taigi, koks yra šios magijos mokslas?

Na, tarp dviejų skirtingų metalinių gnybtų (vadinamų „elektrodais“) vyksta cheminė reakcija, citrinų sultys padeda reakcijai (jos vadinamos „elektrolitu“). Kai vyksta cheminė reakcija, sukuriami papildomi „elektronai“, kurie išilgai grandinės patenka į šviesos diodą. Tada šviesos diodas paverčia šiuos elektronus į šviesą.

Pažiūrėkite, kas atsitiks su gnybtais, jei kelias valandas paliksite prijungtą šviesos diodą - bijau, kad neišradote baterijos, kuri tarnaus amžinai!

Taip pat galite pabandyti su tik 2 elementais, šviesos diodas turėtų užsidegti, bet bus silpnesnis. Tik su vienu elementu įtampa bus per maža, kad užsidegtų LED, bet pirmyn ir pabandykite.

Akumuliatoriai tampa vis svarbesni norint maitinti mūsų elektrinius mobiliuosius įrenginius ir elektromobilius, ši klasė rodo, kad per pastaruosius 200 metų baterijų technologija nuėjo ilgą kelią, tačiau vis dar yra kur tobulėti … galbūt netrukus jūsų mobilusis telefonas reikia įkrauti kartą per metus!

Jei nerandate magnio juostelės:

Galiausiai, jei neturite magnio, galite išbandyti eksperimentą naudodami cinką, kaip ir Alessandro Volta, vietoj magnio (gali būti naudojami kai kurie cinkuoti (vadinami „cinkuotais“) nagai), tačiau gali tekti naudoti daugiau nei 3 ląsteles kadangi cinkas gamins tik apie 0,9 volto vienoje ląstelėje, palyginti su daugiau nei 1 voltu su magniu.