Elektricitet og lys fra en citron: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

For godt 200 år siden opfandt den italienske fysiker Alessandro Volta det første sande batteri. I dette videnskabelige eksperiment i klasseværelset kan vi genskabe et meget lignende batteri, som Volta opfandt ved hjælp af kun en citron og to stykker metal. Den er kraftig nok til at tænde en LED, vi skaber virkelig lys fra en citron!

I øvrigt … Voltas batteri brugte kobber, zink og en klud gennemblødt i saltvand. I vores eksperiment vil vi bruge kobber, magnesium og en citron, men teorien er den samme, vi bruger en kemisk reaktion til at lave elektricitet.

Projektet er tiltænkt elever i alderen 10-15 år (amerikansk klasse 5-9). Ældre elever skal være i stand til at gennemføre projektet uden hjælp og finde ud af, hvorfor kredsløbet ikke fungerer (f.eks. Er forbindelsen ikke god mellem citronerne osv.).

Projektet er perfekt til fysik- eller generelle videnskabsklasser, men kan også udvides til en IT -klasse. Det får dine elever til at tænke over, hvor deres mobiltelefoner får deres strøm fra. Klassen viser, at et batteri bruger en kemisk reaktion til at skabe elektrisk strøm.

Forbrugsvarer

• En halv citron skåret i 3 segmenter (dvs. 3 x 1/6 af en citron)
• Nogle kobbertråd (ca. 20 cm) i alt) - dette er den ledning, der bruges i dit el -stik i dit hjem. Hvis du kender en elektriker, har de sikkert mange afskæringer, som du kan bruge. Ellers fås den i enhver isenkræmmer.
• Noget magnesiumbånd (ca. 10 cm i alt) - dette er tilgængeligt online for omkring $ 3 for en gård (1 m). Hvis du ikke kan få det, fungerer "galvaniserede" søm også (men ikke så gode), disse er negle dækket af zink, hardware -butikker vil have dem. De ser grå og kedelige ud at se på (dvs. ikke skinnende).
• En LED (normal 3v LED), undgå blå, da de nogle gange havde brug for mere strøm for at tænde dem.

Trin 1: Forbered materialerne og lav cellerne

Tag 1/2 citron og skær i 3 segmenter som vist på billedet

Skær derefter 2 stykker kobbertråd ca. 1 "lang. Sørg for, at der ikke er gummiskærmning omkring kablet, det skal være" kobber "farvet:-)

Endelig 3 stykker magnesiumbånd omkring 1 langt (det er enkelt at skære med en saks)

Vi skal lave 3 små batterier (eller "celler"). Hvert batteri består af et citronsegment, en kobberterminal og en magnesiumterminal.

Hvorfor har vi brug for 3 batterier, spørger du? Hvert batteri vil producere omkring 1 volt elektricitet, men en LED har brug for omkring 3 volt elektricitet for at fungere. Så hvis vi tilslutter 3 batterier i træk, har vi 3 volt, det burde være perfekt at tænde LED'en.

Trin 2: Tilslut de 3 batterier i træk

Så vi har de 3 batterier, nu skal vi forbinde dem i træk.

Hvad der er vigtigt på dette stadium er, at kobberterminalen fra det ene batteri forbinder til magnesiumterminalen på det næste batteri. Den nemmeste måde at gøre dette på er at bøje kobbertråden, så den klemmer på magnesiumet for at lave en tæt forbindelse.

Hvis du ved et uheld slutter kobber til kobber eller magnesium til magnesium i hvert batteri, vil batterierne stort set annullere hinanden, det er som at sætte et af batterierne i din fjernsyns fjernbetjening forkert, fjernbetjeningen fungerer ikke.

Så nu har vi de 3 batterier i træk.

Trin 3: Tilslut LED'en, og lad der være lys

Endelig kan vi tilslutte LED'en til den venstre terminal på det venstre batteri og den højre højre terminal på det højre batteri, så det elektriske kredsløb dannes.

Men vent - LED'en er meget bestemt om, hvordan den er forbundet. Du vil se, at et af benene på LED'en er længere end det andet, dette kaldes "anoden", dette skal forbindes til den positive (+) side af batteriet. Det kortere ben kaldes "katoden", dette skal forbindes til den negative (-) side af batteriet.

Men hvilken er den positive og hvilken er den negative terminal på citronbatteriet?

….. kobberet er positivt (+), så tilslut LED's lange ben til kobbertråden og tilslut det korte ben på LED'en til magnesiumterminalen.

Og hey presto LED'en skal lyse. Hvis du giver citronsegmenterne et klem, kan du måske se LED'en lysere, da der frigives mere juice, hvilket giver en bedre forbindelse til terminalerne.

Så hvad er videnskaben bag denne magi?

Godt en kemisk reaktion finder sted mellem de to forskellige metalterminaler (kaldet "elektroderne"), citronsaften hjælper i reaktionen (den kaldes "elektrolytten"). Når den kemiske reaktion finder sted, dannes der nogle ekstra "elektroner", som strømmer langs kredsløbet ind i LED'en. LED'en konverterer derefter disse elektroner til lys.

Se hvad der sker med terminalerne, hvis du lader LED'en være tilsluttet i et par timer - jeg er bange for, at du ikke har opfundet et batteri, der vil vare evigt!

Du kan også prøve med kun 2 celler, LED'en skal lyse, men vil være svagere. Med kun en celle er spændingen sikkert for lav til at tænde LED'en, men prøv og prøv.

Batterier bliver mere og mere kritiske for at drive vores kraftmobilenheder og elbiler, denne klasse viser, at batteriteknologi er nået langt i de sidste 200 år, men der er stadig masser af plads til forbedringer … måske snart vil din mobiltelefon kun skal oplades en gang om året!

Hvis du ikke kan finde magnesiumbånd:

Endelig, hvis du ikke har noget magnesium, kan du også prøve eksperimentet med zink ligesom Alessandro Volta gjorde i stedet for magnesium (nogle galvaniserede (kaldet "galvaniserede") negle kan bruges), men du skal muligvis bruge mere end 3 celler da zink kun producerer ca. 0,9 volt pr. celle sammenlignet med over 1 volt med magnesium.