Ηλεκτρισμός και φως από ένα λεμόνι: 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Πριν από περίπου 200 χρόνια, ο Ιταλός φυσικός Alessandro Volta εφηύρε την πρώτη πραγματική μπαταρία. Σε αυτό το επιστημονικό πείραμα στην τάξη μπορούμε να δημιουργήσουμε ξανά μια πολύ παρόμοια μπαταρία που εφηύρε ο Volta χρησιμοποιώντας τίποτα περισσότερο από ένα λεμόνι και δύο κομμάτια μετάλλου. Είναι αρκετά ισχυρό για να ανάψει ένα LED, δημιουργούμε πραγματικά φως από ένα λεμόνι!

Παρεμπιπτόντως … Η μπαταρία του Volta χρησιμοποίησε χαλκό, ψευδάργυρο και ένα πανί εμποτισμένο με αλμυρό νερό. Στο πείραμά μας θα χρησιμοποιήσουμε χαλκό, μαγνήσιο και ένα λεμόνι αλλά η θεωρία είναι η ίδια, χρησιμοποιούμε μια χημική αντίδραση για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το έργο απευθύνεται σε μαθητές ηλικίας 10-15 ετών (τάξη ΗΠΑ 5-9). Οι μεγαλύτεροι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να ολοκληρώσουν το έργο χωρίς βοήθεια και να καταλάβουν γιατί το κύκλωμα δεν λειτουργεί (για παράδειγμα, η σύνδεση δεν είναι καλή μεταξύ των λεμονιών κλπ).

Το έργο είναι ιδανικό για μαθήματα Φυσικής ή Γενικής Επιστήμης, αλλά θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί σε ένα μάθημα πληροφορικής. Θα κάνει τους μαθητές σας να σκεφτούν από πού παίρνουν τα κινητά τους τηλέφωνα. Η κλάση δείχνει ότι μια μπαταρία χρησιμοποιεί μια χημική αντίδραση για να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα.

Προμήθειες

• Μισό λεμόνι κομμένο σε 3 κομμάτια (δηλαδή 3 x 1/6 του λεμονιού)
• Κάποιο σύρμα χαλκού (περίπου 12 "(20 εκατοστά συνολικά) - αυτό είναι το σύρμα που χρησιμοποιείται στις πρίζες του σπιτιού σας. Αν γνωρίζετε ηλεκτρολόγο, είναι βέβαιο ότι θα έχουν πολλές διακοπές τις οποίες μπορείτε να χρησιμοποιήσετε. Διαφορετικά, διατίθεται σε κάθε κατάστημα υλικού.
• Κάποια κορδέλα μαγνησίου (περίπου 3 "(10 εκατοστά συνολικά) - αυτή είναι διαθέσιμη στο διαδίκτυο για περίπου $ 3 για ένα ναυπηγείο (1μ.). Εάν δεν μπορείτε να την αποκτήσετε, τότε τα γαλβανισμένα νύχια θα λειτουργήσουν επίσης (αλλά όχι τόσο καλά), αυτά είναι καρφιά καλυμμένα με ψευδάργυρο, τα καταστήματα υλικού θα τα έχουν. Φαίνονται γκρι και θαμπά για να φαίνονται (δηλαδή δεν γυαλίζουν).
• Ένα LED (κανονικό LED 3v), αποφύγετε το μπλε, καθώς μερικές φορές χρειάζονταν περισσότερη ενέργεια για να τα φωτίσετε.

Βήμα 1: Προετοιμάστε τα υλικά και φτιάξτε τα κελιά

Πάρτε το 1/2 λεμόνι και κόψτε το σε 3 κομμάτια όπως φαίνεται στην εικόνα

Στη συνέχεια κόψτε 2 κομμάτια χάλκινου σύρματος μήκους περίπου 1 ". Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει προστατευτικό από καουτσούκ γύρω από το καλώδιο, θα πρέπει να είναι" χαλκού "χρώματος:-)

Τέλος 3 κομμάτια κορδέλα μαγνησίου μήκους περίπου 1 (κόβεται εύκολα με ψαλίδι)

Θα δημιουργήσουμε 3 μικρές μπαταρίες (ή "κυψέλες"). Κάθε μπαταρία αποτελείται από ένα τμήμα λεμονιού, ένα τερματικό χαλκού και ένα τερματικό μαγνησίου.

Γιατί χρειαζόμαστε 3 μπαταρίες ρωτάτε; Λοιπόν, κάθε μπαταρία θα παράγει περίπου 1 βολτ ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά ένα LED χρειάζεται περίπου 3 βολτ ηλεκτρικής ενέργειας για να λειτουργήσει. Έτσι, εάν συνδέσουμε 3 μπαταρίες στη σειρά, θα έχουμε 3 βολτ, θα πρέπει να είναι τέλειο να ανάβουμε το LED.

Βήμα 2: Συνδέστε τις 3 μπαταρίες στη σειρά

Έχουμε λοιπόν τις 3 μπαταρίες, τώρα πρέπει να τις συνδέσουμε στη σειρά.

Αυτό που είναι σημαντικό σε αυτό το στάδιο είναι ότι ο ακροδέκτης χαλκού από μια μπαταρία συνδέεται με τον ακροδέκτη μαγνησίου της επόμενης μπαταρίας. Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να λυγίσετε το χάλκινο σύρμα έτσι ώστε να συμπιέζεται πάνω στο μαγνήσιο για να κάνετε μια σφιχτή σύνδεση.

Εάν συνδέσετε κατά λάθος τον χαλκό με τον χαλκό ή το μαγνήσιο με το μαγνήσιο κάθε μπαταρίας, οι μπαταρίες ουσιαστικά θα ακυρώσουν η μία την άλλη, είναι σαν να τοποθετείτε μία από τις μπαταρίες στο τηλεχειριστήριο της τηλεόρασής σας με λάθος τρόπο, το τηλεχειριστήριο δεν λειτουργεί.

Έτσι τώρα έχουμε τις 3 μπαταρίες στη σειρά.

Βήμα 3: Συνδέστε το LED και αφήστε να υπάρχει φως

Τέλος μπορούμε να συνδέσουμε το LED στον πολύ αριστερό ακροδέκτη της αριστερής μπαταρίας και τον πολύ δεξιό ακροδέκτη της δεξιάς μπαταρίας έτσι ώστε να γίνει το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Αλλά περιμένετε - το LED είναι πολύ ιδιαίτερο για το πώς συνδέεται. Θα δείτε ότι ένα από τα πόδια στη λυχνία LED είναι μακρύτερο από το άλλο, αυτό ονομάζεται "Άνοδος", πρέπει να συνδεθεί με τη Θετική (+) πλευρά της μπαταρίας. Το πιο κοντό πόδι ονομάζεται "Cathode", αυτό πρέπει να συνδεθεί με την Αρνητική (-) πλευρά της μπαταρίας.

Ποιο είναι όμως το θετικό και ποιο το αρνητικό τερματικό στη μπαταρία λεμονιού;

….. Ο χαλκός είναι θετικός (+), οπότε συνδέστε το μακρύ πόδι του LED στο χάλκινο σύρμα και συνδέστε το κοντό πόδι του LED στον ακροδέκτη μαγνησίου.

Και γεια, το LED πρέπει να ανάψει. Εάν πιέσετε τα κομμάτια λεμονιού, μπορείτε να δείτε το LED να λάμπει πιο έντονα, καθώς θα απελευθερώνεται περισσότερος χυμός κάνοντας καλύτερη σύνδεση με τους ακροδέκτες.

Ποια είναι λοιπόν η επιστήμη πίσω από αυτή τη μαγεία;

Λοιπόν, μια χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα μεταξύ των δύο διαφορετικών μεταλλικών ακροδεκτών (που ονομάζονται "ηλεκτρόδια"), ο χυμός λεμονιού βοηθά στην αντίδραση (ονομάζεται "ηλεκτρολύτης"). Όταν λαμβάνει χώρα η χημική αντίδραση δημιουργούνται κάποια επιπλέον «ηλεκτρόνια» τα οποία ρέουν κατά μήκος του κυκλώματος στο LED. Στη συνέχεια, το LED μετατρέπει αυτά τα ηλεκτρόνια σε Φως.

Δείτε τι συμβαίνει με τους ακροδέκτες εάν αφήσετε το LED συνδεδεμένο για μερικές ώρες - φοβάμαι ότι δεν έχετε εφεύρει μια μπαταρία που θα κρατήσει για πάντα!

Μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε με μόλις 2 κελιά, η λυχνία LED θα ανάψει αλλά θα είναι πιο αμυδρή. Μόνο με ένα κελί σίγουρα η τάση θα είναι πολύ χαμηλή για να ανάψει το LED αλλά προχωρήστε και δοκιμάστε.

Οι μπαταρίες γίνονται όλο και πιο κρίσιμες για την τροφοδοσία των κινητών μας συσκευών και των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, αυτή η κατηγορία δείχνει ότι η τεχνολογία των μπαταριών έχει προχωρήσει πολύ τα τελευταία 200 χρόνια, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει περιθώριο βελτίωσης… ίσως σύντομα το κινητό σας τηλέφωνο θα χρειάζεται φόρτιση μία φορά το χρόνο!

Εάν δεν μπορείτε να βρείτε κορδέλα μαγνησίου:

Τέλος, εάν δεν έχετε μαγνήσιο, μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε το πείραμα με ψευδάργυρο όπως έκανε ο Alessandro Volta αντί για μαγνήσιο (μπορούν να χρησιμοποιηθούν καρφιά με ψευδάργυρο (που ονομάζονται "γαλβανισμένα") αλλά μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε περισσότερα από 3 κύτταρα αφού ο ψευδάργυρος θα παράγει μόνο περίπου 0,9 βολτ ανά κύτταρο σε σύγκριση με πάνω από 1 βολτ με το μαγνήσιο.