Батарейка из лимона

Лимонная батарейка!

Представляешь, как изменилась бы наша жизнь, не будь в ней батареек? Если бы не было этого удобного способа хранения электричества, мы бы не пользовались всеми нашими электронными девайсами вроде мобильного телефона, планшета, ноутбука. Не было бы и многих других привычных вещей – от радиоуправляемых машинок с фонариками до слуховых аппаратов. Им всем тоже нужна розетка, чтобы работать.

В 1800 году Алессандро Вольта изобрел первую батарею. С тех пор ученые трудились не покладая рук, чтобы ее постоянно совершенствовать. Сложи вместе все эти годы научной работы и все то разочарование, которое постигает тебя, когда батарейка садится. А теперь представь – ты можете ее сделать дома, из подручных средств! Попробуй, и это наверняка «зарядит» твое воображение!

Немного информации

Батареи – это контейнеры, которые хранят химическую энергию, которая может быть преобразована в электрическую, другими словами – в электричество. К образованию энергии приводит электрохимическая реакция. Реакция обычно происходит между двумя кусками металла, называемыми электродами, и жидкостью или пастой, называемой электролитом. Чтобы батарея работала хорошо, электроды должны быть сделаны из двух разных металлов. Это гарантирует то, что один электрод будет вступать в реакцию с электролитом отличную от той,которая произойдет между другим элеткродом и электролитом. Это различие и есть источник энергии. Соедини два электрода с материалом, который хорошо проводит электроэнергию (так называемый проводник) и запусти химическую реакцию! Батарея генерирует электричество! Делая соединения, помни: электричество выбирает пути наименьшего сопротивления. И если есть несколько путей от одного электрода к другому, электричество выберет самый простой из них.

Теперь, когда ты знаешь основные принципы работы батареек, давай посмотрим, что есть в нашем доме. Алюминиевая фольга – прекрасный проводник, электричество легко проходит через нее. Кстати, наше тело – тоже отличный проводник, но не такой хороший, как алюминиевая фольга. Электродами послужат медные монетки, спрятанные в свинку-копилку. Что же до электролитов – их полно на нашей кухне, и один из них – лимонный сок.

Да-да, сделать батарею своими руками гораздо проще, чем ты мог подумать!

Материалы

  • Две медные монетки
  • Вода
  • Несколько капель средства для мытья посуды
  • Бумажные полотенца
  • Алюминиевая фольга (девять отрезков по 60 сантиметров)
  • Ножницы
  • Линейка
  • Лимон (желательно с кожицей)
  • Тарелка
  • Нож (и помощь взрослого человека при его использовании)
  • Две скрепки с пластиковым покрытием

Подготовка

  • Вымой монетки в мыльной воде, затем обсуши их бумажным полотенцем; это удалит грязь, которая могла к ним прилипнуть.
  • Аккуратно вырежи три прямоугольника из алюминиевой фольги размером 3 х 20 см.
  • Сложи каждую полосу три раза, чтобы получить три крепкие алюминиевые полоски толщиной 1 см и длиной 20 см.
  • Примечание: В этом упражнении мы будем делать батареи очень низкого напряжения. Количество электроэнергии, вырабатываемой этой самодельной батареей, является безопасным, и ты сможешь протестировать ее, почувствовав слабый ток при нажатии пальцем. Более высокое напряжение электроэнергии может быть очень опасным и даже смертельным; ты не должен экспериментировать с батареями из магазина или розетками!

Процесс

  • Положи лимон на бок на тарелке и попроси взрослого сделать небольшой надрез в середине лимона. Сделайте разрез около двух сантиметров в длину и один сантиметр глубиной.
  • Сделайте второй аналогичный разрез на расстоянии около одного сантиметра от первого и параллельно ему.
  • Вдави монетку в первый разрез, пока над кожей лимона не останется только половинка монеты. Часть монетки должна быть в контакте с лимонным соком, потому что именно он служит электролитом. Сама монетка в контакте с лимонным соком служит в качестве первого электрода.

Примечание: Если у твоего лимона очень толстая кожа, тебе, возможно, потребуется помощь взрослого, чтобы аккуратно срезать лишнюю цедру.

Догадываешься, почему так важно, чтобы часть монетки была в контакте с лимонным соком?

  • Помести одну из алюминиевых полосок во второй разрез, убедись, что часть алюминия находится в контакте с лимонным соком.

Угадай, какой частью батареи служит алюминиевая полоса внутри лимона? Как ты думаешь, важно ли, чтобы алюминий был в контакте с лимонным соком?

  • Ты только что сделал батарейку! Она имеет два электрода, изготовленных из различных металлов и электролит, разделяющий их.

Как ты думаешь, будет ли эта батарея вырабатывать электроэнергию, или ей чего-то не хватает?

  • Твой аккумулятор может вырабатывать электроэнергию, но будет делать это только тогда, когда электроды будут соединены с чем-то, что проводит электричество. Для этого прикрепи вторую алюминиевую полосу к части монетки, торчащей из лимона, скрепкой с пластиковым покрытием. Убедись, что алюминий касается монетки и электроэнергия может пройти между медью и алюминием.

Ты использовал алюминиевую полоску, чтобы создать соединение. А пластиковая полоска сработала бы?

Знаешь, почему тебе не нужно создавать подключение ко второму электроду для этой конкретной батарейки?

  • Как только две алюминиевые полоски соприкоснутся друг с другом, в батарее будет вырабатываться электричество, оно будет проходить через полоски, от одного электрода к другому. Ты не можешь видеть электричество, но можешь почувствовать его. Держи две полоски на расстоянии одного сантиметра друг от друга и прикоснись к ним пальцем.

Чувствуешь покалывание от небольшого количества электроэнергии, которая проходит от одной алюминиевой полоски в другую через твое тело?

  • Чтобы получить больше электрического сока (и немного более сильные ощущение покалывания), можешь сделать вторую батарею, идентичную первой. Выбери другое место на этом лимоне или используй второй лимон, чтобы сделать второй аккумулятор. Обрати внимание, что тебе для этого понадобится только одна алюминиевая полоска. Для подключения второй к первой нужно найти алюминиевую полосу на первой батарее, которая служит электродом (ее кончик вставлен в лимон). Используй скрепку с пластиковым покрытием, чтобы прикрепить другой конец этой алюминиевой ленты к монетке второго аккумулятора. Это соединит алюминиевый электрод первого аккумулятора с медным электродом второго аккумулятора.
  • Протестируй набор подключенных батарей так же, как тестировал одну батарею, чтобы концы алюминиевой фольги торчали из твоего приспособления (те, что имеют свободный конец) и были в контакте с твоими пальцами.

Чувствуешь электроэнергию? А в первом случае чувствововал? Есть ли разница в ощущениях?

Внимание: Если что-то не получилось, проверь, касаются ли монетки-электроды и алюминиевые полоски-электроды лимонного сока-электролита. Проверь контакт между фольгой и монеткой, алюминиевые полоски не должны касаться друг друга. Если все правильно, но ты по-прежнему не чувствуешь ток, попроси своего друга или родителей опробовать твою батарею. Может, электричества недостаточно. Тогда нужно смастерить еще одну батарею.

Дополнительно

  • Теперь, когда ты научился определять, есть ли в нашей батарее электричество, попробуй разные конфигурации.

Что произойдет, если алюминиевые полоски будут касаться друг друга? Что будет, если ты заменишь фольгу на пластиковую полоску или на зубочистку?

  • Способ, которым ты воспользовался в этом опыте, ученые называют «последовательным соединением батарей в цепи».

Как ты думаешь, количество батарей в цепи влияет на то, какую силу тока ты чувствуешь?

  • Попробуй использовать другие комбинации металлов.

Что будет, если в качестве электродов будут использоваться две монеты? А что будет, если один из электродов будет медным, а второй никкелевым?

Имей в виду, иногда сила тока может быть настолько слабой, что ты ее не почувствуешь. Соедини две или более батарей такого типа, тогда ты наверняка сможешь проверить, работают ли они.

  • Мы использовали лимон в качестве электролита для батареи.

Как ты думаешь, нам подойдут другие фрукты или овощи? Можно ли сделать батарею из картофеля, яблока или лука? Поэкспериментируй на кухне (с разрешения родителей, конечно). Какой фрукт или овощ подойдет для батареи лучше всего?

  • Если у тебя есть светодиод, можно исследовать, как много лимонных батарей необходимо, чтобы его зажечь.

Наблюдения и результаты

  • Почувствовал ли ты покалывание в подушечках пальцев? Аккумуляторы, которые ты только что сделал своими руками, имеют медный и алюминиевый электроды, разделенные электролитом – лимонным соком. Твой аккумулятор будет генерировать электричество тогда, когда у электричества появится путь от одного электрода к другому. Мы проложили этот путь с помощью алюминиевых полосок, ведь алюминий – отличный проводник.
  • Когда ты потрогал алюминиевую полоску пальцами, ты пропустил немного электричества через свое тело, которое тоже является проводником. При этом ты мог почувствовать небольшое покалывание в подушечках пальцев. У одного человека оно может быть сильнее, у другого – слабее. Пластик и дерево – плохие электрические проводники. Используя их, ты не почувствуешь электричества. Металлы же, напротив, отлично проводят электричество. Использование разных металлов в качестве электродов позволит генерировать разное количество электричества. А вот при использовании одного и того же металла в качестве электродов электричество вырабатываться не будет.
  • В этом опыте ты создал аккумулятор с очень низким напряжением. Никогда не экспериментируй с батарейками из магазина или розетками! Это опасно для жизни!

Батарейка из лимона

Зажгите лампочку с помощью . лимона!

Сделайте этот эксперимент дома

Этот эксперимент входит в набор Химия и электричество, как и элемент Даниэля. Подпишитесь и получите всё, что понадобится для проведения этого эксперимента дома.

Безопасность

Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.

Проводите эксперимент на подносе.

  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 12 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.
  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае проглатывания промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.
  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
  • Данный набор опытов предназначен только для детей 12 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.
Читайте также:  Усилитель 4х22 Вт

Часто задаваемые вопросы

Светодиод не горит. Что делать?

Во-первых, проследите, чтобы пластины в лимоне не касались друг друга.

Во-вторых, проверьте качество соединения крокодилов с металлическими пластинами.

В-третьих, убедитесь, что светодиод подключён верно: чёрный крокодил крепится к короткой «ножке», красный – к длинной. При этом крокодилы не должны касаться другой «ножки», иначе произойдёт замыкание цепи!

Сок около магниевой пластины шипит. Это нормально?

Всё хорошо. Магний – активный металл, и он взаимодействует с лимонной кислотой с образованием цитрата магния и выделением водорода.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

  1. Возьмите 2 магниевые пластинки из баночки с надписью «Mg».
  2. Приготовьте 2 зажима-крокодила: 1 чёрный и 1 белый. Подсоедините магниевые пластинки к чёрному и белому крокодилам.
  3. Возьмите 2 медные пластины из баночки с надписью «Cu».
  4. Подсоедините медную пластинку к свободному концу белого крокодила. Подсоедините медную пластинку к красному крокодилу.
  5. Разрежьте лимон пополам. Вставьте в одну половинку лимона медную и магниевую пластинки на небольшом расстоянии друг от друга (примерно 1 см). Повторите с двумя оставшимися пластинками, используя вторую половинку лимона. Убедитесь, что пластинки не соприкасаются.
  6. Возьмите светодиод. Подсоедините свободный конец красного крокодила к длинной ножке светодиода. Подсоедините свободный конец чёрного крокодила к короткой ножке светодиода. Cветодиод загорится!

Утилизация

Твёрдые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте её водой.

Что произошло

Почему диод начинает светиться?

В условиях опыта протекает химическая реакция: электроны с магния Mg переходят на медь Cu. Такое движение электронов и есть электрический ток. Проходя через светодиод, он заставляет его светиться. Таким образом, собранная в данном опыте установка действует как батарейка – химический источник тока.

Участники этого опыта − медь Cu и магний Mg − весьма схожи. Оба они – металлы. Это означает, что они достаточно ковкие, блестят, хорошо проводят электричество и тепло. Все эти свойства – следствия внутреннего строения металлов. Его можно представить как расположенные в определённом порядке положительные ионы, которые удерживаются вместе с помощью общих для всего кусочка металла электронов. Именно из-за этой общности электроны могут «гулять» по всему объёму металла.

Несмотря на общие мотивы в строении, медь и магний отличаются друг от друга. Общая «свора» электронов удерживается в кусочке меди сильнее, чем в случае с магнием. Поэтому чисто теоретически мы можем себе представить процесс, в котором электроны из магния «убегают» к меди. Однако это приведёт к увеличению зарядов: положительного в магнии и отрицательного − в меди. Долго так продолжаться не может: из-за взаимного отталкивания отрицательно заряженным электронам будет невыгодно переходить дальше в медь. Заряд, таким образом, собирается у поверхности соприкосновения двух разных металлов.

Любопытно, что степень переноса электронов с одного металла на другой зависит от температуры. Эту связь используют в электронных устройствах, позволяющих измерять температуру. Простейшим таким прибором, который использует данный эффект, является термопара. Сейчас использование термопар является повсеместным, и именно они лежат в основе электронных термометров.

Вернёмся к нашему опыту. Для того чтобы электроны с магния на медь перебегали постоянно, а сам процесс стал необратимым, необходимо удалять положительный заряд с магния и отрицательный заряд с меди. Здесь в свою роль вступает лимон. Важно, какую среду он создаёт для воткнутых в него медной и магниевой пластин. Всем известно, что лимон имеет кислый вкус преимущественно благодаря содержащейся в нём лимонной кислоте. Естественно, и вода в нём тоже присутствует. Раствор лимонной кислоты способен проводить электричество: при её диссоциации происходит возникновение положительно заряженных ионов водорода H + и отрицательно заряженного остатка лимонной кислоты. Такая среда идеально подходит для удаления положительного заряда с магния и отрицательного заряда с меди. Первый процесс происходит довольно просто: положительно заряженные ионы магния Mg2+ переходят с поверхности магниевой пластинки в раствор (лимонный сок):

Mg 0 – 2e – → Mg 2+ раствор

Второй процесс происходит на медной пластинке. Поскольку на ней скапливается отрицательный заряд, это притягивает ионы водорода H + . Они способны забирать электроны с медной пластинки, превращаясь сначала в атомы H, а затем почти сразу в молекулы H2, которые улетают восвояси:

Почему нельзя обойтись только одной парой «медь-магний»?

Ближайший аналог системы «медная пластинка – лимон – магниевая пластинка» ¬– это обыкновенная пальчиковая батарейка. Она работает по тому же принципу: происходящие внутри неё химические реакции приводят к возникновению тока электронов, то есть электричества. Вы наверняка замечали, что в некоторых приборах пальчиковые батарейки располагаются подряд (т.е. минусовой полюс одной соприкасается с плюсовым полюсом другой). Чаще они это делают не напрямую, а посредством проводков или небольших металлически пластинок. Но суть остаётся прежней − это нужно, чтобы увеличить силу, которая действует на электроны, а значит – увеличить силу тока.

Так же и медная пластинка в одном кусочке лимона соединяется с магниевой пластинкой другого. Если соединить диод только с одной парой «медь-магний», он не начнёт светиться, а вот использование двух пар приводит к желаемому результату.

Для описания силы, которая заставляет заряды двигаться, то есть приводит к возникновению электричества, используют понятие напряжение. Например, на любой батарейке указано значение напряжения, которое она может создавать в подключённом к ней приборе или проводнике.

Оказывается, для преодоления сил внутреннего сопротивления, которые неизбежно есть в любом проводнике или приборе, требуется прикладывать разное по величине напряжение. Важно понимать, что при расположении нескольких источников тока напряжение, которое они создают, в первом приближении суммируется. Любопытно, что при должном количестве таких источников тока можно создать настолько сильное напряжение, что оно будет «пробивать» воздух в виде электрической дуги (см. раздел «Это интересно» для опыта «Элемент даниэля». ).

Напряжения, которое создаёт одна пара «магний-медь», недостаточно для данного опыта, но вот двух пар уже хватает.

Почему мы используем именно медь и магний? Можно ли взять какую-то другую пару металлов?

Все металлы по-разному способны удерживать электроны. Это позволяет выстроить их в так называемый электрохимический ряд. Металлы, которые стоят в этом ряду левее, удерживают электроны хуже, а те, что правее, – лучше. В нашем опыте электрический ток возникает именно из-за разницы между медью и магнием в их способности удерживать электроны. В электрохимическом ряду медь стоит значительно правее магния.

Мы вполне можем взять два других металла – необходимо лишь, чтобы между их желанием удерживать при себе электроны была достаточная разница. Например, в этом опыте вместо меди можно использовать серебро Ag, а вместо магния – цинк Zn.

Тем не менее, мы выбрали именно магний и медь. Почему?

Во-первых, они весьма доступны, в отличие от того же серебра. Во-вторых, магний – металл, который одновременно сочетает в себе достаточную активность и стабильность. Подобно щелочным металлам – натрию Na, калию K и литию Li – он легко окисляется, то есть отдаёт электроны. С другой стороны, поверхность магния покрыта тонкой плёнкой его оксида MgO, которая не разрушается при нагревании вплоть до 600 o C. Она защищает металл от дальнейшего окисления на воздухе, что делает его весьма удобным в использовании на практике.

Какие ещё фрукты и овощи можно использовать вместо лимона?

Многие фрукты и овощи подойдут для этого опыта. Достаточно лишь наличия у них сочной мякоти. Например, вместо лимона можно взять яблоко, банан, помидор или картофель. Даже крупная виноградина подойдёт!

Во всех этих овощах, фруктах и ягодах достаточно воды, а также веществ, которые диссоциируют (распадаются на заряженные частицы − ионы) в воде. Поэтому в них тоже может протекать электрический ток!

Это интересно

Что такое диод и как он устроен?

Диоды – это маленькие приборы, способные пропускать через себя электрический ток и выполнять при этом какую-то полезную работу. В данном случае речь идёт о светодиоде – при пропускании электрического тока он светится.

Все современные диоды содержат в своей основе полупроводник – особый материал, электропроводность которого не очень велика, но может вырастать, например, при нагревании. Что такое электропроводность? Это способность материала проводить через себя электрический ток.

В отличие от простого кусочка полупроводника, любой диод содержит два его «сорта». Само название «диод» (от греч. «δίς») означает, что в его составе есть два элемента – обычно их называют анод и катод.

Анод диода состоит из полупроводника, содержащего так называемые «дырки» − области, которые могут быть заполнены электронами (фактически пустые полочки специально для электронов). Эти «полочки» могут достаточно свободно перемещаться по всему аноду. Катод диода тоже состоит из полупроводника, но другого. Он содержит электроны, которые тоже могут относительно свободно двигаться по нему.

Оказывается, что такой состав диода позволяет электронам легко двигаться через диод в одну сторону, но практически не позволяет двигаться им в обратном направлении. Когда электроны движутся от катода к аноду, на границе между ними происходит встреча «свободных» электронов в катоде и электронных вакансий (полочек) в аноде. Электроны с удовольствием занимают эти вакансии, и ток двигается дальше.

Представим, что электроны двигаются в обратном направлении – им нужно слезть с уютных полочек в материал, где этих полочек нет! Очевидно, это им не выгодно и ток в этом направлении не пойдёт.

Таким образом, любой диод может выступать в роли своего рода клапана для электричества, которое проходит через него в одну сторону, но не проходит в другую. Именно это свойство диодов позволило использовать их в качестве основы для вычислительной техники – любой компьютер, смартфон, ноутбук или планшет содержит в своём составе процессор, в основе которого – миллионы микроскопических диодов.

У светодиодов, конечно же, другое применение – в освещении и индикации. Сам факт возникновения света связан с особым подбором полупроводниковых материалов, из которых состоит диод. В некоторых случаях тот самый переход электронов с катода в вакансии анода сопровождается выделением света. В случаях разных полупроводников происходит свечение разных цветов. Важными преимуществами диодов по сравнению с другими электрическими источниками света являются их безопасность и высокая эффективность – степень преобразования энергии электрического тока в свет.

Подпишитесь на наборы MEL Chemistry и проведите эти опыты у себя дома!

Добываем электричество из лимона, картофеля и уксуса

Сочные фрукты, молодой картофель и другие пищевые продукты могут служить питанием не только для людей, но и для электроприборов. Чтобы добыть из них электричество, понадобятся оцинкованный гвоздь или шуруп (то есть практически любой гвоздь или шуруп) и отрезок медной проволоки. Чтобы зафиксировать присутствие электричества, нам пригодится бытовой мультиметр, а более наглядно продемонстрировать успех поможет светодиодный светильник или даже вентилятор, рассчитанные на питание от батареек.

Читайте также:  Подключение трехфазного электродвигателя к однофазной сети

Лимонная батарейка Разомните лимон в руках, чтобы разрушить внутренние перегородки, но не повредите кожуру. Воткните гвоздь (шуруп) и медную проволоку так, чтобы электроды располагались как можно ближе друг к другу, но не соприкасались. Чем ближе будут находиться электроды, тем меньше вероятность, что они окажутся разделены перегородкой внутри фрукта. В свою очередь, чем лучше ионный обмен между электродами внутри батарейки, тем больше ее мощность.

Суть опыта в том, чтобы поместить медный и цинковый электроды в кислую среду, будь то лимон или ванночка с уксусом. Гвоздь послужит нам отрицательным электродом, или анодом. Медную проволоку назначим положительным электродом, или катодом.

В кислой среде на поверхности анода протекает реакция окисления, в процессе которой выделяются свободные электроны. С каждого атома цинка уходит два электрона. Медь — сильный окислитель, и она может притягивать электроны, освобожденные цинком. Если замкнуть электрическую цепь (подключить к импровизированной батарейке лампочку или мультиметр), электроны потекут от анода к катоду через нее, то есть в цепи возникнет электричество.

Картофельная батарейка Картофель — от природы прекрасный корпус и электролит для гальванического элемента. Картошка стабильно давала нам напряжение более 0,5 В с одного элемента, тогда как лимон демонстрировал результат в районе 0,4 В. Чемпион по вольтажу — уксус: 0,8 В с ячейки. Чтобы получить большее напряжение, соединяйте элементы последовательно. Для питания более мощных потребителей (вентилятор) — параллельно.

На поверхности катода, то есть отрицательно заряженного электрода, идет реакция восстановления: катионы (положительно заряженные ионы) водорода, содержащиеся в кислоте, получают недостающие электроны и превращаются в водород, выходящий наружу в виде пузырьков. Около катода возникает концентрация анионов (отрицательно заряженных ионов) кислоты, а около анода — катионов цинка. Чтобы сбалансировать заряды в электролите, необходимо обеспечить ионный обмен между электродами внутри батарейки.

Земляная батарейка Повышенная кислотность почвы — проблема для агрономов, но радость для электротехников. Содержание ионов водорода и алюминия в земле позволяет буквально воткнуть в горшок две палки (как обычно, цинковую и медную) и получить электричество. Наш результат — 0,2 В. Для улучшения результата почву стоит полить.

Важно понимать: электричество вырабатывается не из лимона или картошки. Это вовсе не та энергия химических связей в органических молекулах, которая усваивается нашим организмом в результате потребления пищи. Электроэнергия возникает благодаря химическим реакциям с участием цинка, меди и кислоты, и в нашей батарейке именно гвоздь служит расходным материалом.

Фруктовые батарейки

Введение

Моя работа посвящена необычным источникам энергии.
В интернете я прочитал о том, что индийские ученые работают над созданием необычных батареек для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить стенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.
Еще я узнал, что компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, работающую на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах.
А группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.
Я задумался над вопросом, зачем люди тратят время на создание «фруктовых» батареек, ведь уже создано большое разнообразие батареек, аккумуляторов и других элементов питания. Ответ показался мне очевидным. Мы очень часто покупаем элементы питания для игрушек, часов, фонариков, телефонов. На это тратятся денежные средства. Возможно, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками, тогда будет экономия.
Если верить интернет-источникам, то когда у меня дома отключат электричество, я смогу некоторое время освещать его при помощи лимонов.
Я решил проверить лично, возможно такое или нет.
В данном проекте мною была исследована возможность получения источников питания из фруктов и овощей.
Я поставил перед собой следующие задачи:
1. Создать фруктовые и овощные батарейки.
2. Экспериментально определить напряжение таких батареек.
3. Выяснить, от чего зависят электрические свойства таких батареек.
4. Постараться зажечь лампочку с помощью фруктовой батарейки.

Эксперимент по созданию батареек

Для создания фруктовых батареек мне понадобились:
– Фрукты и овощи
– Медная проволока
– Канцелярские скрепки
– Мультиметр – прибор для измерения силы тока и напряжения
Воткнем в лимон скрепку, а к ней подсоединим проволоку. Еще одну проволоку просто воткнем в лимон. Свободные концы проводов соединим с мультиметром. Он регистрирует напряжение 0,49 В. Значит лимон может выполнять роль источника тока.
Затем я провел опыты с киви, бананом, картофелем, грушей, помидором, огурцом, луковицей, яблоком. Эти фрукты и овощи также могут «работать» как батарейки.

Результаты измерений напряжения я занес в таблицу.

Измерения показали, что самое высокое напряжение дает груша, самое низкое – киви. Удивительно, что лимонная батарейка слабее других источников (кроме киви), хотя в сети Internet в основном рассматривается именно лимон как сырье для источников питания.
От чего же зависят электрические свойства «фруктовых батареек»? Видимо, чтобы это выяснить, я должен узнать, как они работают.

Как работает батарейка

Первый источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани (на самом деле целью опытов Гальвани был не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия). Явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки.
Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого – Алессандро Вольта. 200 лет назад он сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.
Когда цинковый винт контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические реакции. Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с поверхности винта. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому положительный заряд.

Заряженные атомы цинка – ионы цинка, остаются в лимоне: в темной области около винта через некоторое время.

Другая реакция – восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода – ионы водорода в лимонной кислоте около винта.

Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около винта.
Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка.

Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковый винт находится в лимоне, и на нем остается цинк. Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что электроны испускаемые цинком принимаются ионами водорода кислоты.

Медная монета – тоже окислитель. В действительности, она даже больший окислитель, чем ионы водорода в лимонной кислоте. То есть медь может притягивать многие свободные электроны, испускаемые цинком. Но процесс не происходит до тех пор, пока между медным и цинковым электродами нет связи. Когда между электродами устанавливается электрическая связь (провод), то медь притягивает электроны из винта и возвращает их через цепь.
Движение электронов по цепи – электрический ток. Условно было принято за направление движение электронов: ток от отрицательного полюса батарейки или электрического элемента к положительному. Поэтому цинк (источник элетронов) – отрицательный полюс в лимонной батарейке, а медь – положительный.
Напряжение лимонной батарейки вызывается разницей между способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, среди всего прочего, зависит от количества электронов, спускаемых химической реакцией.

От чего зависят электрические свойства «фруктовых» батареек

Итак, выяснив принцип работы батареек, я прихожу к выводу, что необходимым условием работы батарейки является присутствие ионов водорода в овощном и фруктовом соке. Я узнал ( www.wikipedia.org ), что мерой активности ионов водорода в растворе является его кислотность. Значит, на электрические характеристики созданных мною батареек влияет кислотность овощей и фруктов. Поэтому я исследовал зависимость силы тока, даваемой моими источниками от кислотности продукта.
Кислотность я определял с помощью лакмусового индикатора со шкалой. Силу тока измерял мультиметром. Результаты измерений приведены ниже.

Результаты показывают:
1. Фруктовые батарейки дают очень слабый ток в цепи
2. Значение силы тока зависит от кислотности продукта. Чем больше кислотность, тем больше сила тока.
3. При одинаковой кислотности значения сил тока различаются, значит сила тока зависит еще от каких-то факторов.

Таким образом, я бы порекомендовал в качестве батарейки в непредвиденной ситуации использовать лук репчатый.

Практическое использование батареек

Но будет ли гореть лампочка, если питать ее от фруктового источника?
Я взял лампочку на 3,5 В и 0,26 А. В качестве источника взял картофель, как наиболее доступный овощ. Одна картофелина дает напряжение порядка 0,5 В. От одной лампочка не загорится. Но я прочитал, что если соединить несколько фруктовых батареек последовательно, это увеличит напряжение пропорционально количеству взятых фруктов. Поэтому в нашем случае мне необходимо как минимум семь картофелин.
Лампочка не загорелась. Не загорелась она и при большем количестве картошин. Это вполне объяснимо, ведь токи в такой цепи очень слабые и недостаточны.
Заменим лампочку на светодиод (1,5 В).
Экспериментируя с разным количеством картошин, я добился, чтобы он загорелся. Картошин было семь.

Мне также удалось заставить работать электронные часы, которые используют в качестве батарейки лимоны. Это очень остроумно, можно сделать кому-нибудь подарок и удивить.

В дальнейшем я также планирую выяснить, сколько лимонов потребуется для работы калькулятора.

Выводы

Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все интересовавшие меня вопросы.
Так, проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников питания из фруктов и овощей.
Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии.
Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются лимон, картофель, лук репчатый.
Я убедился в том, что физика наука экспериментальная. Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Я научился определять напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
Мне очень понравилось ставить эксперименты самому. Оценивать получившийся результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно быть. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 3,5 В, поэтому буду пробовать еще, пока не добьюсь результата.
А вообще, порой и не представляешь, сколько интересного происходит вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на интересующие вопросы.

Читайте также:  Добавляем в смартфон солнечную батарею

Список литературы

Выполнил:
Сироткин Георгий
Ученик 8 «В» класса

Руководитель:
Сугробова Наталья Викторовна,
учитель первой категории

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средняя образовательная школа №128

Проект “Лимонная батарейка”
проект по окружающему миру (старшая группа)

Создание батарейки из лимонов.

Скачать:

ВложениеРазмер
opisanie_raboty._mbdou_ds_13._maletin_m.docx22.62 КБ

Предварительный просмотр:

Описание этапов деятельности Малетина Марка.

Тема «Лимонная батарейка».

Информация о ребенке

Фамилия, имя ребенка, возраст, детский сад, группа.

Малетин Марк, 6 лет, МБДОУ д/с № 13 «Звездочка», 3 старшая группа.

Фамилия, имя, отчество взрослого, поддерживающего ребенка в познавательно-исследовательской деятельности.

Хомякова Любовь Васильевна, Сухлецова Алеся Михайловна

Описание взрослым этапов детского наблюдения или исследования

Почему возникло у ребенка желание заниматься этой темой, что натолкнуло его на проведение эксперимента (наблюдения), почему это заинтересовало его, что позволило ребенку стать субъектом собственного исследования?

Однажды Марк заметил – групповые электронные часы остановились. Он предположил, что батарейки «сели». И сразу возник вопрос: «Как можно проверить батарейки?»

Предложил позвать электрика, может у него есть новые батарейки.

Электрик совместно с детьми замерил напряжение в батарейках. Выяснили – одна батарейка в нерабочем состоянии. Дети задумались, чем можно заменить неработающую батарейку.

Предположили, что напряжение могут содержать овощи и фрукты.

Эту гипотезу решили проверить на практике.

Какие условия создавались педагогом/родителем (совместно с ребенком) для организации эксперимента?

Для организации экспериментов в Центре « Исследования и наука» появились:

  • Вольтметр.
  • Овощи и фрукты.
  • Медная проволока, оцинкованные шурупы, светодиодные лампочки.
  • Батарейки разных видов.
  • Схемы (цепь) получения электричества.

Какое предположение (гипотеза) были выдвинуты ребенком, что потребовалось для проверки, какие задачи позволили подойти к содержанию исследования (наблюдения)?

Марк рассказал, как с мамой читали о том, что в газировке есть электричество, и на газировке может работать автомобиль. Он предположил: «Газировку делают из фруктового сока, значит, во фруктах есть электричество».

«А в овощах есть электричество?» – такой вопрос задал Миша.

Возможно, ли заменить батарейку и получить электричество из фруктов или овощей самостоятельно?

Задачи познавательно-исследовательской деятельности ребенка:

  • Изучить, как работает батарейка, какие бывают батарейки.
  • Познакомиться с прибором – вольтметром.
  • Измерить напряжение у свеклы, моркови, лука, картофеля, яблока, лимона.
  • Выяснить, в каком фрукте или овоще наибольшее напряжение.
  • Провести эксперимент по созданию батарейки из лимонов.

В чем суть исследования, как оно протекало?

Марк вместе с детьми выяснял:

  • Как работает батарейка?
  • Есть ли во фруктах и овощах напряжение и где больше?
  • Как из лимонов сделать батарейку, чтобы зажечь лампочку, подключить часы?

План мероприятий и ход исследования:

1 этап Изучение принципа работы батарейки .

Марк вместе с мамой узнал, что батарейка – это удобное хранилище электричества, которое может быть использовано для обеспечения энергией переносных устройств. Некоторые батарейки предназначены для одноразового использования, другие можно перезаряжать. Батарейки бывают разнообразной формы и размеров. Некоторые – маленькие, как таблетка. Некоторые – величиной с холодильник. Но все они работают по одному принципу. Цинк – отрицательный полюс. А медь – положительный полюс. В них создается электрический заряд. Когда в цепи есть светодиод, то электрический ток вызывает его свечение.

2 этап Знакомство с прибором для измерения напряжения – вольтметром.

Электрик объяснил принцип действия данного прибора: зажимы вольтметра присоединяют к полюсам, между которыми надо измерить напряжение. Таким образом, измерили напряжение в батарейках от часов и выявили, что одна батарейка пригодна для использования, а в другой батарейке слишком низкое напряжение, она непригодна, ее нужно заменить.

3 этап Измерение напряжения у разных овощей и фруктов.

Дети вместе с Марком провели исследование, чтобы выяснить, какие фрукты и овощи могут быть использованы в качестве батарейки. Для создания гальванического элемента понадобились оцинкованный шуруп, медная проволока, фрукт или овощ.

В самодельном гальваническом элементе оцинкованный шуруп действует как отрицательный электрод, а медная проволока – как положительный. Электролитом (проводящая ток жидкость) является сок фруктов и овощей.

4 этап Выяснение, в каком овоще или фрукте наибольшее напряжение.

Детьми были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, картошка, лук, свекла, морковь. В каждом элементе был сделан замер напряжения с помощью вольтметра. Результаты исследования фиксировали.

В результате измерений оказалось, что лимон дает самое высокое напряжение, а лук самое низкое. Неожиданно оказалось, что обычная картошка дает достаточно высокое напряжение.

5 этап Эксперимент по созданию лимонной батарейки.

Изучив напряжение, которое дают овощи и фрукты, приступили к изготовлению «лимонной батарейки» по схеме. Прежде всего, приготовили все необходимые материалы и приборы:

  • лимоны, светодиод;
  • кусочки медной проволоки, оцинкованные шурупы, провода (с зажимами на концах).

Для создания «лимонной батарейки» нужно: сначала порезать лимон на четыре или две части. На оцинкованные шурупы намотать медную проволоку. Шуруп вкрутить в лимон на треть его длины, а медную проволоку воткнуть в следующий лимон. И так соединить четыре части лимона.

Лимон работает как батарейка: медь – положительный (+) полюс, а оцинкованный шуруп или винт – отрицательный (-). Чтобы замкнуть цепь в первый лимон воткнули медную проволоку, а в последний лимон вкрутили оцинкованный шуруп и подсоединили к цепи светодиодную лампочку. Она загорелась, но очень слабо.

Для сравнения, Марк подключил светодиодную лампочку к обычной батарейке, лампочка загорелась намного ярче, чем в лимонной батарейке.

Вывод: Действительно в лимоне есть напряжение, из нескольких лимонов можно сделать батарейку. Ток в «лимонной батарейке» слабенький.

Какие результаты, какой смысл они принесли ребенку, в чем позволили ему продвинуться вперед и т.д.?

Марк научился определять напряжение внутри овощей и фруктов, выдвигать гипотезы, проводить наблюдения, эксперименты, делать выводы. Ему очень понравилось ставить эксперименты самому, получать результат и оценивать получившийся результат.

Удалось ли ребенку увлечь исследованием сверстников или других людей?

Марк увлекся своим исследованием и привлек внимание к познавательно-исследовательской деятельности не только детей группы, но и взрослых (родителей).

Доля детской самостоятельности при проведении познавательно-исследовательской деятельности.

Интерес и мотивация ребенка к исследованию были глубокими. Это обеспечило высокий уровень самостоятельности и инициативы ребенка в деятельности.

( Примеры самостоятельности, инициативы Марка обозначены в описании).

Батарейка из лимона

Как сделать батарейку из лимона и другие полезные советы

Не секрет что внутри любого аккумулятора содержится кислота.
Но ведь лимон обладает той самой кислотностью.
Почему же тогда не сделать из него батарейку?
И не зажечь таким способом лампочку?

Инструкция

Уровень сложности: Легко

1 шаг

Для “Лимонной батарейки” нам понадобится:
1)Лимон
2)Гвоздь Новенький)))
3)Медная монета

2 шаг

Берем лимон и с одной стороны вставляем монету, а с другой гвоздь ( Перед тем как вставить монету сделайте прорезь)

3 шаг

Батарейка готова можете измерить напряжение

4 шаг

Теперь сделайте 4 таких лимона, последовательно соединив их

5 шаг

Теперь возьмем светодиод)

6 шаг

Подключим его к лимонам

7 шаг

И вот чудо Лампочка ГОРИТ!

Как добыть огонь с помощью картофеля?

Практически в любом фрукте и овоще есть Электричество!! А вы думаете почему они заряжают вас энергией при употреблении?:))

Инструкция

Уровень сложности: Легко

1 шаг

Для разведения огня сначала нужно сделать так сказать “электрогенератор”)))
Для создания нашего генератора нам понадобится:
– картофель 1 штука
– зубочистки 2 штуки
– нож 1 штука и чайная ложка(Опционально)
– провода 2 штуки
– зубная паста n-нное количество
– соль

Провода следует зачистить!
Картофель разрезать на две половинки при помощи ножа

2 шаг

Провода продеть через половинку картофеля

С помощью ложечки сделать в другой половинке картофеля выемку(ямочку) – размер ямочки равен размеру ложечки

3 шаг

Зубную пасту смешать с солью и наполнить ею выемку в половинке картофеля

4 шаг

Соединить 2 половинки(провода с внутренней стороны следует подогнуть, но так чтобы они были обмакнуты в зубную пасту)
Половинки картофеля соединить с помощью зубочисток

Генератор электричества готов!

5 шаг

Для добывания огня следует намотать кусочек ваты на один из проводов.
Подождать пару минут (батарея должна зарядиться).
Затем следует поднести провода друг к другу до возникновения искры.

  • Лучшая зубная паста для данного эксперимента – гелиевая!
  • Провода желательно Медные многожильные.

Как сделать бумажный самолёт кальмар?

Многие делают обычные бумажные самолётики. Я расскажу вам, как сделать самолёт с усами….

Инструкция

Уровень сложности: Легко

1 шаг

Возьмите лист бумаги (желательно А4) и сложите его пополам, как на рисунке

2 шаг

Загните два угла к центру.

3 шаг

4 шаг

Загните угла к центру еще раз :))

5 шаг

Разверните два края так, чтобы получился ромб.

6 шаг

Загните этот ромб в треугольник.

7 шаг

Сложите лист пополам, как на рисунке.

8 шаг

Загните крылья (думаю сами знаете как)

9 шаг

Как сделать рогатку ?

Многие в детстве забавлялись с рогатками )
Большинство их делали на скорую руку – из резинки от трусов .
В этой инструкции я расскажу как делать отличную самодельную рогатку .
Больше всего подойдет для сельской местности – в городах с ней негде пострелять )

Делается рогатка примерно за пол часа .

Инструкция

Уровень сложности: Несложно

Что вам понадобится:

  • Рогатка
  • Бинт-резина
  • Ножик
  • Ножницы
  • Крепкая нить
  • Зажигалка или спички
  • Кусок хорошей кожи

1 шаг

Для начала надо вырезать саму рогатку . Она не обязательно должна быть идеальной формы – не гонитесь за этим . Просвет должен быть у рогатки примерно 2-2,5 см.
Лучше всего рогатку делать из сухих деревьев , я например вырезал из сирени – у соседей деревце было ) Говорят что ещё хорошо получается из ракиты – сам не пробовал , в нашей местности не было этого дерева .
Ни в коем случае не старайтесь сделать из ивы .

2 шаг

После того как рогатка вырезана , необходимо сделать небольшие надрезы ножиком в местах где должна быть резинка .
Это делается с той целью что бы резинка была четко в этом углублении и никуда не ерзала .

3 шаг

Далее понадобится бинт-резина (продается в любой аптеке) .
Отрежте кусок длиной сантиметров 30-40 .
Далее разрежьте его вдоль на два равных куска (длину разумеется оставить прежней) – для этого отмерьте нужную ширину с помощью линейки – начертите линию на всю длину и разрежьте ножницами по линии .

4 шаг

Далее возьмите крепкую нить (например льняную или шелковую) и с помощью нити крепко привяжите резинку к рогатке – накиньте резинку на рогатину , затем оттяните резину и затяните нить как можно ближе к рогатине (лучше это делать вдвоем) . Завязывайте на тройной узел или на любой другой – который считаете наиболее надежным . Концы нити или обрежьте опалите (я использовал льняную – получалось очень удачно , нить плавилась) .

5 шаг

Потом сделайте “язычок” из кожи , лучше всего если кожа будет натуральная и толстая – например из старого сапога . Потом проделайте дырки (только не у самых краев – что бы кожа не порвалась) . Затем привяжите к концам резинки нитью этот самый “язычок” . Концы нити обрежьте или опалите .

Ссылка на основную публикацию