Izrađujemo bateriju od limuna. Baterije od limuna, jabuke, narandže, luka Kućni projekat pravi bateriju od limuna

Za ljubitelje svih vrsta eksperimenata i eksperimenata nudimo neobičnu ideju - pokušajte vlastitim rukama izgraditi primitivnu bateriju od kiselih limuna. Puno novca trošimo na baterije, akumulatore za napajanje telefona, satova, igračaka, ne razmišljajući uopće da smo okruženi s mnogo jeftinih izvora energije, od kojih možemo vlastitim rukama sastaviti ekonomično i jednostavno galvansko bilo kada. Ne možemo ni zamisliti koliko nas zanimljivih stvari okružuje!

Za izvođenje eksperimenta trebat će nam, kao što sam već spomenuo, limun (8 komada), 9 tankih žica sa stezaljkama, 8 malih komada bakrene žice i isto toliko pocinčanih eksera, sat s baterijom i, naravno, , voltmetar za testiranje mogućnosti (napona) baterije koju smo napravili.

Lagano gnječeći limune u rukama, u svaki od njih zabodemo komad bakrene žice i po jedan pocinčani ekser. Uzimamo sat, izvadimo bateriju iz njega i pomoću žica stvaramo električni krug, kao na crtežu. Slobodne krajeve žica od prvog i osmog limuna spajamo na sat na mjestima gdje se prethodno nalazila baterija, stvarajući zatvoreni krug. Na kraju eksperimenta vidjet ćemo kako ide sat. Spajanjem krajeva žica na voltmetar možemo uočiti napon od 0,49 V.

Lako je objasniti kako funkcionira naša voćna baterija. Kada bakar i cink dođu u kontakt s limunskom kiselinom, dolazi do kemijske reakcije, uslijed koje bakar postaje pozitivno, a cink negativno nabijen. Kada se pomoću bakrene žice i malih pocinčanih eksera stvori zatvoreni krug, počinje djelovati električna struja. Cink (izvor elektrona) je negativni pol voćna baterija, bakar – pozitiv. Napon u baterijama povezan je sa sposobnošću cinka i bakra da odustanu od elektrona. Električna struja zavisi od broja elektrona koji se oslobađaju tokom hemijske reakcije.

Ako kod kuće nemate limun, kao glavni materijal za eksperiment možete koristiti bilo koje drugo agrume, kivi, banane, jabuke, kruške, krompir, paradajz, krastavce i luk. Ovo povrće i voće može raditi i kao baterija, iako će se njihov napon malo razlikovati od izvora struje limuna. Kruška će dati najveći napon, a kivi najmanji. Na električne karakteristike baterija koje se stvaraju utiču kiselost proizvoda koji se koriste. Serijskim povezivanjem nekoliko voćnih baterija postići ćemo povećanje napona proporcionalno broju utrošenog voća.

Par bakra i cinka može se zamijeniti drugim komponentama, na primjer, bakar i aluminij, aluminij i cink. Istina, u potonjem slučaju baterija će se pokazati nešto slabijom od "originalne" limunaste.

Gore opisani eksperiment direktna je potvrda da ljudi mogu slobodno koristiti prirodne, obnovljive materijale kako bi zadovoljili svoje energetske potrebe. Brojne kompanije u industrijskim razmjerima već su počele stvarati neobične baterije koristeći prerađene proizvode od banane i kore narandže. Kompanija Sony nedavno je javnosti predstavila bateriju u kojoj je umjesto elektrolita korišten voćni sok. Punjenje baterije sa 8 ml soka, možete napajati malu prijenosnu elektroniku jedan sat. Naučnici iz Velike Britanije kreirali su sličnu verziju baterije za računar male snage sa procesorom IPte1 386. Eksperimentalno je dokazano da 12 krompira može postati punopravan izvor energije za računar za 12 dana.

Prirodne baterije električne energije, baterija od voća - da li je to moguće? Pokušajmo riješiti ovaj problem u našoj laboratoriji.

Treba napomenuti da je ovaj eksperiment dobar zbog svoje jednostavnosti i jasnoće. Može se koristiti i za školski naučni projekat (posebno dodavanjem teoretskog dijela), i kao oblik zabave, praveći dobru prezentaciju, na primjer, za prijatelje. Ovo iskustvo je sjajno ako jednostavno odlučite provesti kvalitetno vrijeme sa svojim djetetom – i zabavno i poučno!

U prethodnom članku o tome smo se malo dotakli povijesti stvaranja baterije, saznali odakle dolazi električna energija u njoj i pogledali procese koji se odvijaju u galvanskoj ćeliji. I nevjerovatno korisna metoda razumijevanja svijeta oko nas pod nazivom "Šta je unutra?" pomogla nam je da vidimo od čega se sastoji baterija. Istina, morali smo razbiti nekoliko galvanskih ćelija, ali u ovom članku, obećavam, nećemo ništa razbiti. Samo kreirajte!

Šta nam treba za ovo? Kao što smo već saznali, svaka galvanska ćelija sastoji se od elektroda i elektrolita. Prateći tradiciju, nećemo koristiti nikakve egzotične ili teško dostupne materijale. Ako želite ponoviti eksperiment, trebat će vam sljedeće:

Povrće ili voće koje imate pri ruci. Samo nemoj pricati onima oko sebe za sta ti trebaju, inace kad sledeci put budes zeleo recimo pomorandzu, nece ti dati - reci da ces opet da prebacis hranu :) igraće ulogu elektrolita u našoj seriji baterija (tačnije, voćni sok koji sadrže, a koji zahvaljujući voćnim kiselinama djeluje kao medij za ionsku izmjenu).
Gvozdeni i pocinčani ekseri. Ako nemate pocinčane eksere, možete koristiti komade pocinčanog lima. Ako nakon prethodnog članka o dizajnu baterija još uvijek imate cink kućište, vrijeme je da ga izvadite iz dragocjene kutije. Kao što razumijete, sve će to djelovati kao elektrode.
Nekoliko žica. Uzeo sam nekoliko jezgara iz višežilnog kabla sa upredenim paricama. Potrebne su nam žice kako bismo organizirali električni krug - sam most po kojem elektroni prolaze od jedne do druge elektrode.
I naravno, trebat će nam trenutni potrošač – zašto će nam struja ako je nemamo gdje potrošiti. Kao potrošač, trebali biste koristiti nešto male snage: na primjer, kalkulator ili LED. Ne biste trebali uzeti ništa snažnije, na primjer, žarulju sa žarnom niti. Mada, posljednja napomena se može zanemariti ako ispred kuće imate parkiran kamion s limunom.

Položimo komponente na naš laboratorijski sto.

Skidamo krajeve žica sa izolacije.

Počinjemo uranjati elektrode u elektrolit. Pa, jednostavnije rečeno, zabijte eksere i tanjire u pripremljene zalihe hrane. Prva elektroda...

... i onda još jedan.

Na krajeve elektroda pričvršćujemo žice.

Galvanska ćelija je spremna! Pola limuna pokazuje skoro pola volta.

Nakon što smo uradili sve gore navedene postupke sa jabukom, vidimo da galvanska ćelija iz ovog voća proizvodi sličan napon.

Narandžasta daje sličnu napetost.

Ali luk je iznenadio. Ispostavilo se da je baterija visokog napona :)

Sad da vidimo za šta je sve sposobna ova naša voćno-električna braća. Naravno, svaki od ovih elemenata je sposoban za malo. Možda samo pokazati voltmetrom da oni zapravo proizvode električnu energiju. Mnogo efektnija bi bila demonstracija rada trenutnih potrošača iz naših voćnih baterija. Kao što sam već primijetio, napon koji proizvodi odvojena voćna galvanska ćelija neće biti dovoljan za napajanje čak ni potrošača struje male snage. Stoga moramo povećati napon. To se može postići povezivanjem više galvanskih ćelija u serijski krug, tj. Volim ovo:

Nakon povezivanja svih naših galvanskih ćelija u bateriju, već dobijamo prilično solidan napon.

Pokušajmo spojiti LED (pri povezivanju morate paziti na polaritet)... Svijetli!!!

Čak je i stari kalkulator, za koji sam odavno prestao da razmišljam da radi, počeo da radi od voćne baterije!

Pa, iskustvo je bilo uspješno! Kao što vidite, voćna baterija je sasvim moguća. Naravno, ne može se smatrati ozbiljnim izvorom moći. Ali kao izvrstan vizualni materijal o prirodi elektriciteta, koji za neupućene može izgledati čak i pomalo mistično - sasvim!

Sretno sa eksperimentima!

Upalite sijalicu sa... limunom!

složenost:

opasnost:

Uradite ovaj eksperiment kod kuće

Sigurnost

Prije početka eksperimenta stavite zaštitne rukavice i naočale.

Provedite eksperiment na poslužavniku.

Opća sigurnosna pravila

Ne dozvolite da hemikalije dođu u kontakt sa vašim očima ili ustima.
Držite ljude dalje od mjesta eksperimenta bez zaštitnih naočala, kao i malu djecu i životinje.
Čuvajte eksperimentalni komplet van domašaja djece mlađe od 12 godina.
Operite ili očistite svu opremu i pribor nakon upotrebe.
Osigurajte da su svi spremnici za reagens dobro zatvoreni i pravilno uskladišteni nakon upotrebe.
Provjerite jesu li svi spremnici za jednokratnu upotrebu pravilno odloženi.
Koristite samo opremu i reagense koji se nalaze u kompletu ili preporučeni trenutnim uputstvima.
Ako ste za eksperimente koristili posudu za hranu ili stakleno posuđe, odmah je bacite. Više nisu pogodni za čuvanje hrane.

Informacije o prvoj pomoći

Ako reagensi dođu u kontakt s vašim očima, dobro ih isperite vodom, držeći oči otvorenim ako je potrebno. Odmah se obratite svom ljekaru.
Ako se proguta, isperite usta vodom i popijte malo čiste vode. Ne izazivati povraćanje. Odmah se obratite svom ljekaru.
Ako se reagensi udahnu, iznesite žrtvu na svježi zrak.
U slučaju kontakta s kožom ili opekotina, ispirati zahvaćeno područje s puno vode 10 minuta ili duže.
Ako ste u nedoumici, odmah se obratite ljekaru. Ponesite hemijski reagens i njegovu posudu sa sobom.
U slučaju povrede, uvek potražite medicinsku pomoć.

Nepravilna upotreba hemikalija može uzrokovati ozljede i štetu po zdravlje. Izvodite samo eksperimente navedene u uputama.
Ovaj skup iskustava namijenjen je samo djeci od 12 godina i starijoj.
Sposobnosti djece značajno variraju čak i unutar starosnih grupa. Stoga bi roditelji koji provode eksperimente sa svojom djecom trebali koristiti vlastitu diskreciju da odluče koji su eksperimenti prikladni i sigurni za njihovu djecu.
Roditelji bi trebali razgovarati o sigurnosnim pravilima sa svojim djetetom ili djecom prije eksperimentiranja. Posebnu pažnju treba posvetiti bezbednom rukovanju kiselinama, alkalijama i zapaljivim tečnostima.
Prije nego započnete eksperimente, očistite mjesto eksperimenta od objekata koji bi vas mogli ometati. Izbjegavajte odlaganje hrane u blizini mjesta testiranja. Prostor za testiranje treba biti dobro prozračen i blizu slavine ili drugog izvora vode. Za provođenje eksperimenata trebat će vam stabilan sto.
Supstance u jednokratnoj ambalaži moraju se u potpunosti iskoristiti ili odložiti nakon jednog eksperimenta, tj. nakon otvaranja pakovanja.

FAQ

LED ne svijetli. sta da radim?

Prvo pazite da se kriške limuna ne dodiruju.

Drugo, provjerite kvalitetu veze između krokodil kopči i metalnih ploča.

Treće, uvjerite se da je LED ispravno spojen: crni krokodil je pričvršćen na kratku "nogu", crveni na dugu. U tom slučaju, krokodili ne bi trebali dodirivati drugu "nogu", inače će se krug zatvoriti!

Sok u blizini magnezijumske ploče šišti. Ovo je u redu?

Sve je uredu. Magnezijum je reaktivan metal i reaguje sa limunskom kiselinom da bi formirao magnezijum citrat i oslobađao vodonik.

Drugi eksperimenti

Korak po korak instrukcije

Uzmite 2 ploče magnezijuma iz tegle sa oznakom „Mg“.
Pripremite 2 aligatorske kopče: 1 crnu i 1 bijelu. Povežite magnezijumske ploče sa crnim i bijelim krokodilima.
Uzmite 2 bakarne ploče iz tegle sa oznakom "Cu".
Spojite bakrenu traku na slobodni kraj bijelog krokodila. Spojite bakrenu ploču na crvenog krokodila.
Prepolovite limun. U jednu polovicu limuna umetnite trake od bakra i magnezija kratka udaljenost jedan od drugog (oko 1 cm). Ponovite sa preostale dvije kriške, koristeći drugu polovicu limuna. Pazite da se ploče ne dodiruju.
Uzmi LED. Spojite slobodni kraj crvenog krokodila na dugu nogu LED diode. Spojite slobodni kraj crnog krokodila na kratku nogu LED diode. LED će se upaliti!

Odlaganje

Čvrsti otpad iz eksperimenta odložite zajedno sa kućnim otpadom. Ispustite rastvore u sudoper, a zatim ih dobro isperite vodom.

Šta se desilo

Zašto dioda počinje da svijetli?

U eksperimentalnim uslovima dolazi do hemijske reakcije: elektroni iz magnezijuma Mg se prenose na bakar Cu. Ovo kretanje elektrona je električna struja. Dok prolazi kroz LED, uzrokuje da svijetli. Dakle, instalacija sastavljena u ovom eksperimentu djeluje kao baterija - kemijski izvor struje.

Da saznate više

Učesnici ovog eksperimenta - bakar Cu i magnezijum Mg - su veoma slični. Oba su metala. To znači da su prilično savitljivi, sjajni i dobro provode struju i toplinu. Sva ova svojstva su posljedica unutrašnje strukture metala. Može se zamisliti kao pozitivni joni raspoređeni u određenom redoslijedu, koji se drže zajedno pomoću elektrona zajedničkih za cijeli komad metala. Upravo zbog ove zajedničkosti elektroni mogu "šetati" po cijelom volumenu metala.

Uprkos zajedničkim motivima u strukturi, bakar i magnezijum se razlikuju jedan od drugog. Ukupni „paket“ elektrona drži se u komadu bakra jače nego u slučaju magnezijuma. Stoga, čisto teoretski, možemo zamisliti proces u kojem elektroni iz magnezija "bježe" u bakar. Međutim, to će dovesti do povećanja naboja: pozitivnih u magneziju i negativnih u bakru. Ovo se ne može dugo nastaviti: zbog međusobnog odbijanja, negativno nabijenim elektronima bit će neisplativo da se kreću dalje u bakar. Naelektrisanje se tako sakuplja na kontaktnoj površini dva različita metala.

Zanimljivo je da stepen do kojeg se elektroni prenose sa jednog metala na drugi zavisi od temperature. Ova veza se koristi u elektronskim uređajima koji mjere temperaturu. Najjednostavniji takav uređaj koji koristi ovaj efekat je termoelement. Upotreba termoparova je danas široko rasprostranjena i oni čine osnovu elektronskih termometara.

Vratimo se našem iskustvu. Da bi se elektroni stalno prenosili s magnezija na bakar, te kako bi proces postao nepovratan, potrebno je ukloniti pozitivni naboj iz magnezija, a negativni naboj iz bakra. Ovdje na scenu stupa limun. Važno je kakvo okruženje stvara za bakrene i magnezijumske ploče zalijepljene u njega. Svi znaju da limun ima kiselkast okus uglavnom zbog limunske kiseline koju sadrži. Naravno, u njemu ima i vode. Otopina limunske kiseline je sposobna provoditi struju: kada se disocira, pojavljuju se pozitivno nabijeni vodikovi ioni H + i negativno nabijeni ostatak limunske kiseline. Ovo okruženje je idealno za uklanjanje pozitivnog naboja iz magnezija i negativnog naboja iz bakra. Prvi proces je prilično jednostavan: pozitivno nabijeni joni magnezija Mg 2+ prelaze s površine magnezijske ploče u otopinu (limunov sok):

Mg 0 – 2e - → Mg 2+ rastvor

Drugi proces se odvija na bakarnoj ploči. Pošto akumulira negativan naboj, privlači ione vodika H+. Oni su u stanju da uzmu elektrone sa bakarne ploče, pretvarajući se prvo u atome H, a zatim skoro odmah u molekule H2, koji odlete:

2H + + 2e - → H 2

Zašto ne možemo proći samo sa jednim parom bakar-magnezijum?

Najbliži analog sistemu „bakarna ploča – limun – magnezijumska ploča“ je obična AA baterija. Radi na istom principu: kemijske reakcije koje se odvijaju unutar njega dovode do stvaranja struje elektrona, odnosno električne energije. Verovatno ste primetili da su u nekim uređajima AA baterije raspoređene u nizu (odnosno, negativni pol jedne je u kontaktu sa pozitivnim polom druge). Češće to ne rade direktno, već kroz žice ili male metalne ploče. Ali suština ostaje ista - to je potrebno za povećanje sile koja djeluje na elektrone, a time i za povećanje struje.

Isto tako, bakrena ploča u jednom komadu limuna povezana je sa magnezijumskom pločom drugog. Ako diodu spojite sa samo jednim parom bakar-magnezijum, ona neće početi da svetli, ali korišćenje dva para dovodi do željenog rezultata.

Da saznate više

Za opis sile koja uzrokuje kretanje naboja, odnosno dovodi do stvaranja električne energije, koristi se koncept voltaža. Na primjer, svaka baterija pokazuje vrijednost napona koju može stvoriti u uređaju ili vodiču koji je na nju povezan.

Napon koji stvara jedan par magnezijum-bakar nije dovoljan za ovaj eksperiment, ali su dva para već dovoljna.

Zašto koristimo bakar i magnezijum? Da li je moguće uzeti neki drugi par metala?

Svi metali imaju različite sposobnosti da drže elektrone. To vam omogućava da ih rasporedite u tzv elektrohemijske serije. Metali koji su lijevo u ovom redu drže elektrone lošije, a oni koji su desno drže elektrone bolje. Prema našem iskustvu, električna struja nastaje upravo zbog razlike između bakra i magnezija u njihovoj sposobnosti da drže elektrone. U elektrohemijskom nizu, bakar je znatno desno od magnezijuma.

Lako možemo uzeti još dva metala - potrebno je samo da postoji dovoljna razlika između njihove želje da zadrže elektrone. Na primjer, u ovom eksperimentu može se koristiti srebro Ag umjesto bakra, a cink Zn umjesto magnezija.

Međutim, mi smo odabrali magnezijum i bakar. Zašto?

Prvo, oni su vrlo pristupačni, za razliku od srebra. Drugo, magnezijum je metal koji istovremeno kombinuje dovoljnu aktivnost i stabilnost. Poput alkalnih metala - natrij Na, kalij K i litijum Li - lako se oksidira, odnosno odustaje od elektrona. S druge strane, površina magnezijuma je prekrivena tankim filmom njegovog oksida MgO, koji se ne uništava pri zagrevanju do 600 o C. Štiti metal od dalje oksidacije na vazduhu, što ga čini veoma pogodnim za upotrebu u praksa.

Koje drugo voće i povrće možete koristiti umjesto limuna?

Mnogo voća i povrća pogodno je za ovaj eksperiment. Dovoljno je samo da imaju sočnu pulpu. Na primjer, umjesto limuna možete uzeti jabuku, bananu, paradajz ili krompir. Čak će i krupno grožđe poslužiti!

Sve ovo povrće, voće i bobičasto voće sadrži dovoljno vode, kao i tvari koje se u vodi disociraju (razbijaju na nabijene čestice - jone). Zbog toga i kroz njih može teći električna struja!

Šta je dioda i kako radi?

Diode su mali uređaji koji mogu propuštati električnu struju kroz sebe i obavljati neke korisne poslove. U ovom slučaju govorimo o LED diodi - kada prođe električna struja, ona svijetli.

Sve moderne diode u svojoj srži sadrže poluvodič - poseban materijal čija električna vodljivost nije jako visoka, ali se može povećati, na primjer, kada se zagrije. Šta je električna provodljivost? To je sposobnost materijala da provodi električnu struju kroz sebe.

Za razliku od jednostavnog komada poluvodiča, svaka dioda sadrži dvije njegove "razrede". Sam naziv "dioda" (od grčkog "δίς") znači da sadrži dva elementa - obično se nazivaju anoda I katoda.

Anoda diode sastoji se od poluvodiča koji sadrži takozvane "rupe" - područja koja se mogu ispuniti elektronima (zapravo prazne police posebno za elektrone). Ove "police" mogu se prilično slobodno kretati po anodi. Katoda diode također se sastoji od poluvodiča, ali drugačijeg. Sadrži elektrone, koji se takođe mogu relativno slobodno kretati kroz njega.

Ispostavilo se da ovaj sastav diode omogućava elektronima da se lako kreću kroz diodu u jednom smjeru, ali im praktički ne dopušta da se kreću u suprotnom smjeru. Kada se elektroni kreću od katode do anode, na granici između njih dolazi do susreta "slobodnih" elektrona na katodi i elektronskih slobodnih mjesta (polica) u anodi. Elektroni rado zauzimaju ova slobodna mjesta, a struja ide dalje.

Zamislimo da se elektroni kreću u suprotnom smjeru - trebaju sići s udobnih polica u materijal gdje takvih polica nema! Očigledno, to im nije od koristi i struja neće teći u tom smjeru.

Dakle, svaka dioda može djelovati kao neka vrsta ventila da struja kroz nju teče u jednom smjeru, ali ne i u drugom. Upravo je ovo svojstvo dioda omogućilo njihovu upotrebu kao osnovu kompjuterska tehnologija– svaki računar, pametni telefon, laptop ili tablet sadrži procesor zasnovan na milionima mikroskopskih dioda.

LED diode, naravno, imaju i drugu primenu - u rasvjeti i displeju. Sama činjenica pojave svjetlosti povezana je s posebnim odabirom poluvodičkih materijala koji čine diodu. U nekim slučajevima, isti prijelaz elektrona sa katodnih na anodna slobodna mjesta je praćen oslobađanjem svjetlosti. U slučaju različitih poluprovodnika dolazi do luminescencije različitih boja. Važne prednosti dioda u odnosu na druge električne izvore svjetlosti su njihova sigurnost i visoka efikasnost - stepen konverzije električne energije u svjetlo.