Elektryczność i światło z cytryny: 3 kroki

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Nieco ponad 200 lat temu włoski fizyk Alessandro Volta wynalazł pierwszą prawdziwą baterię. W tym eksperymencie naukowym w klasie możemy odtworzyć bardzo podobną baterię, którą wynalazł Volta, używając jedynie cytryny i dwóch kawałków metalu. Jest wystarczająco mocny, aby zapalić diodę LED, naprawdę tworzymy światło z cytryny!

Swoją drogą… bateria Volty używała miedzi, cynku i szmatki nasączonej słoną wodą. W naszym eksperymencie użyjemy miedzi, magnezu i cytryny, ale teoria jest taka sama, używamy reakcji chemicznej do wytwarzania elektryczności.

Projekt przeznaczony jest dla uczniów w wieku 10-15 lat (klasa US 5-9). Starsi uczniowie powinni być w stanie samodzielnie wykonać projekt i ustalić, dlaczego obwód nie działa (na przykład połączenie nie jest dobre między cytrynami itp.).

Projekt jest idealny na zajęcia z fizyki lub nauk ogólnych, ale można go również rozszerzyć na zajęcia z informatyki. Sprawi to, że Twoi uczniowie zastanowią się, skąd czerpią energię ich telefony komórkowe. Klasa pokazuje, że bateria wykorzystuje reakcję chemiczną do wytwarzania prądu elektrycznego.

Kieszonkowe dzieci

• Połowa cytryny pokrojona na 3 segmenty (tj. 3 x 1/6 cytryny)
• Trochę miedzianego drutu (łącznie około 12" (20cm)) - to przewód używany w domowych gniazdkach elektrycznych. Jeśli znasz elektryka, na pewno ma on wiele kawałków, których możesz użyć. W przeciwnym razie jest dostępny w każdym sklepie z narzędziami.
• Trochę taśmy magnezowej (łącznie około 3" (10 cm) - jest ona dostępna online za około 3 USD za metr (1m). Jeśli nie możesz jej zdobyć, wtedy "galwanizowane" gwoździe również będą działać (ale nie tak dobre), są to paznokcie pokryte cynkiem, będą je mieć sklepy z narzędziami. Wyglądają szaro i matowo (tzn. nie są błyszczące).
• Dioda LED (normalna dioda LED 3v), unikaj niebieskiego, ponieważ czasami potrzebowały więcej mocy, aby je oświetlić.

Krok 1: Przygotuj materiały i zrób komórki

Weź 1/2 cytryny i pokrój na 3 części, jak pokazano na rysunku

Następnie przetnij 2 kawałki drutu miedzianego o długości około 1 cala. Upewnij się, że wokół kabla nie ma gumowego ekranu, powinien być w kolorze "miedzianym":-)

Wreszcie 3 kawałki wstążki magnezowej o długości około 1 cala (łatwo ją przyciąć nożyczkami)

Zamierzamy stworzyć 3 małe baterie (lub "ogniwa"). Każda bateria składa się z segmentu cytrynowego, końcówki miedzianej i końcówki magnezowej.

Dlaczego potrzebujemy 3 baterii, o które pytasz? Cóż, każda bateria wyprodukuje około 1 wolta energii elektrycznej, ale dioda LED potrzebuje około 3 woltów prądu do pracy. Więc jeśli podłączymy 3 baterie pod rząd, będziemy mieli 3 V, powinno być idealne do zapalenia diody LED.

Krok 2: Podłącz 3 baterie z rzędu

Mamy więc 3 baterie, teraz musimy je połączyć w jednym rzędzie.

Co ważne na tym etapie, miedziany zacisk jednej baterii łączy się z zaciskiem magnezowym następnej baterii. Najprostszym sposobem na to jest zagięcie drutu miedzianego tak, aby ściskał się z magnezem, tworząc szczelne połączenie.

Jeśli przypadkowo połączysz miedź z miedzią lub magnez z magnezem każdej baterii, baterie zasadniczo się zniosą, to tak, jakby umieścić jedną z baterii w pilocie telewizora w niewłaściwy sposób, pilot nie będzie działał.

Więc teraz mamy 3 baterie z rzędu.

Krok 3: Podłącz diodę LED i niech stanie się światło

Wreszcie możemy podłączyć diodę LED do bardzo lewego zacisku lewego akumulatora i bardzo prawego zacisku prawego akumulatora, aby obwód elektryczny był wykonany.

Ale trzymaj się - dioda LED jest bardzo szczególna w tym, jak jest podłączona. Zobaczysz, że jedna z nóg diody LED jest dłuższa od drugiej, nazywa się to „anodą”, która musi być połączona z dodatnią (+) stroną akumulatora. Krótsza noga nazywana jest „katodą” i musi być połączona z ujemną (-) stroną akumulatora.

Ale który jest biegun dodatni, a który ujemny na baterii cytrynowej?

…..miedź jest dodatnia (+), więc podłącz długą nogę diody LED do miedzianego przewodu, a krótką nogę diody LED podłącz do zacisku magnezowego.

I hej presto, dioda LED powinna się zaświecić. Jeśli ściśniesz segmenty cytryny, dioda LED może świecić jaśniej, ponieważ więcej soku zostanie uwolnione, co zapewni lepsze połączenie z zaciskami.

Więc jaka jest nauka stojąca za tą magią?

Otóż reakcja chemiczna zachodzi między dwoma różnymi metalowymi końcówkami (zwanymi „elektrodami”), w której pomaga sok z cytryny (nazywany jest „elektrolitem”). Gdy zachodzi reakcja chemiczna, powstają dodatkowe „elektrony”, które przepływają wzdłuż obwodu do diody LED. Dioda LED następnie przekształca te elektrony w światło.

Zobacz, co stanie się z zaciskami, jeśli zostawisz diodę LED podłączoną na kilka godzin - Obawiam się, że nie wymyśliłeś baterii, która będzie trwać wiecznie!

Możesz również spróbować z zaledwie 2 ogniwami, dioda LED powinna się świecić, ale będzie ciemniejsza. Z tylko jedną komórką na pewno napięcie będzie zbyt niskie, aby zapalić diodę LED, ale śmiało spróbuj.

Baterie mają coraz większe znaczenie dla zasilania naszych urządzeń mobilnych i samochodów elektrycznych. Ta klasa pokazuje, że technologia baterii przeszła długą drogę w ciągu ostatnich 200 lat, ale wciąż istnieje wiele możliwości ulepszeń… może wkrótce Twój telefon komórkowy będzie tylko trzeba ładować raz w roku!

Jeśli nie możesz znaleźć wstążki magnezowej:

Wreszcie, jeśli nie masz magnezu, możesz spróbować eksperymentu z cynkiem, tak jak zrobił to Alessandro Volta, zamiast magnezu (można użyć niektórych gwoździ ocynkowanych (zwanych „galwanizowanymi”)), ale może być konieczne użycie więcej niż 3 ogniw ponieważ cynk wytworzy tylko około 0,9 wolta na ogniwo w porównaniu do ponad 1 wolta z magnezem.