Proste eksperymenty techniczne są bardzo przydatne w przypadku dzieci, to jest wspólne spędzanie czasu, wpajanie umiejętności i zrozumienie przez małych projektantów, podstawy, że bochenki, jak w słynnej kreskówce, nie rosną na drzewach.
Tym razem postanowiliśmy stworzyć najprostsze chemiczne źródło prądu i postarać się zastosować je do wszystkiego, co praktyczne. Mówiąc o praktycznym zastosowaniu, warto pamiętać, że zaledwie kilka pokoleń temu radioamatorom, którzy dostarczyli swoje odbiorniki radiowe i wzmacniacze bateryjne, zaoferowano produkcję kilku rodzajów ogniw galwanicznych lub akumulatorów do niezależnej produkcji. Są to elementy Leklanshe i Popova [1] s. 9 ... 18 lub ołowiowo-potażowy lub akumulatorowy [1], s. 22 ... 28. Kilka stosunkowo wysokoprądowych elementów podłączono do baterii żarowej (żarowe żarówki lamp radiowych), dziesiątki mniejszych elementów, do baterii anodowej, której napięcie może osiągnąć 60-80 woltów. Baterie były „mokre” - z ciekłym elektrolitem i wymagały pielęgnacji i konserwacji.
Więc ogniwo galwaniczne, kilka słów „jak?” i „dlaczego?” Prąd elektryczny powstaje, gdy metale oddziałują na siebie. W takim przypadku występuje inna różnica potencjałów (napięcie). W 1793 r. Alessandro Volta, budując ogniwo galwaniczne (biegun wolta), ustalił względną aktywność znanych wówczas metali: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. „Siła” ogniwa galwanicznego okazała się tym większa, im dalej znajdowały się metale w tym rzędzie (szereg napięć).
Później, w celu uporządkowania danych, potencjał „elektrody wodorowej” przyjęto jako zerową wartość odniesienia. Po zmierzeniu potencjału sparowanych z nim metali, eksperymentalne metale ułożono w rzędzie. Powstały stół został nazwany „elektrochemiczną serią naprężeń metalicznych” i w pokoju chemicznym musi wisieć obok układu okresowego i portretu Dmitrija Iwanowicza.
Przydatnym urządzeniem jest szereg naprężeń metalu, w naszym przypadku my, podobnie jak Alessandro Volta, będziemy wiedzieć - im dalej metale zostaną oddzielone od siebie, tym większe będzie napięcie.
W naszych eksperymentach, podobnie jak w klasyce, używaliśmy miedzi i cynku.Gdy płytki zanurza się w elektrolicie, między nim a płytą cynkową, zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której na płycie gromadzą się ładunki ujemne i ładunek jest ujemny. W wyniku reakcji zachodzącej w ogniwie galwanicznym elektroda cynkowa stopniowo się rozpuszcza.
Na elektrodzie miedzianej podczas działania ogniwa galwanicznego powstają małe pęcherzyki wodoru, które izolują powierzchnię miedzi od elektrolitu. Zjawisko to nazywa się, w ogniwie galwanicznym jest szkodliwe, walczą z nim. Aby usunąć uwolniony wodór, do elektrolitu wprowadza się substancje zwane wodorem. W ich roli często występują związki manganu, siarczanu miedzi. W prostych eksperymentach można zastosować nadmanganian potasu w aptece.
Co wykorzystaliśmy w eksperymencie.
Urządzenia i materiały.
Do montażu ogniw galwanicznych, takich jak elektrody miedziane, można użyć drutu, drutu, folii. Cynk można ekstrahować z suchych elementów, można stosować produkty ocynkowane. Zamiast cynku możesz spróbować użyć elektrody aluminiowej lub żelaznej. Chlorek sodu do elektrolitu, kawałek miękkiego drutu montażowego. Na pewno potrzebujesz woltomierza lub multimetru, przecinaków do drutu, nożyczek. Jako naczynia można stosować niemetalowe pojemniki o odpowiedniej wielkości. Szklane, wygodniejsze niż lekkie plastikowe kubki - są cięższe, bardziej stabilne, trudniejsze do przewrócenia. Bardzo dobrze jest, jeśli występuje niskoprądowe obciążenie niskonapięciowe - proste radio, zegarek kwarcowy itp.
Akumulator „wysokiego napięcia” z drutu i śrub.
Zafascynowani prostotą detali i stosunkowo wysokim napięciem, próbowaliśmy zmontować taką baterię. Stosuje się tutaj „klasyczną” parę metali - miedź-cynk. Chodzi o zastosowanie ocynkowanych elementów złącznych jako elektrody cynkowej. Z wdziękiem. Oczywiste jest, że taki element nie jest przeznaczony do długotrwałej pracy - cienka warstwa cynku szybko się rozpuści, jednak nie jest to ważne w przypadku krótkoterminowego eksperymentu. Ale ocynkowane śruby lub koła zębate są wszędzie pełne.
Drut jest również używany jako elektroda miedziana - ponadto jest to powszechnie dostępny materiał, a ponadto - najwygodniejszy montaż elementów w akumulatorze - wszystkie elementy są połączone szeregowo - plus jeden do minus następnego. W takim przypadku napięcie jest sumowane, prąd pozostaje taki sam.
Zaczynajmy.
Po wybraniu wymaganej liczby ocynkowanych łączników o pożądanej długości znaleźliśmy odpowiedni drut miedziany. Jest to drut uzwojenia w izolacji lakierniczej. Średnica drutu wynosi około 0,5 mm.
Słup kilkakrotnie czyści izolację lakierniczą, z wysiłkiem przeciągając drut przez podwójnie złożoną skórkę szlifierską średniej wielkości.
Następnie przygotowuje parę elektrod - pod łbem śruby samogwintującej, szczelnie owija dwa lub trzy zwoje drutu i odcina nadmiar.
Zespół akumulatora - korytko służyło jako pojemnik do zamrażania lodu. Możesz użyć komórek z cukierków w pudełku, jednak są one bardziej subtelne. Po zainstalowaniu elektrod na ścianach między ogniwami napełniamy pojemniki elektrolitem. Zastosowaliśmy roztwór soli kuchennej - łyżkę stołową ze zjeżdżalnią o pojemności 0,5 litra ciepłej wody. Do napełniania bardzo wygodne jest użycie strzykawki medycznej.
Znaleźliśmy jeszcze kilka śrub do elektrod i dodaliśmy elementy do akumulatora, to właśnie otrzymaliśmy. Napięcie przy obciążeniu o wysokiej impedancji (rezystancja wejściowa woltomierza cyfrowego) jest znaczne, ale przy każdym obciążeniu, jakkolwiek zauważalnym, znacznie spada.
Spróbuj zrobić podobne ogniwo galwaniczne (akumulator) z większymi elektrodami.
Jako pojemnik użyliśmy półlitrowego słoika (dwa), zmieści się w nim talerze o znacznej powierzchni. Jako elektrody wzięliśmy cienką folię miedzianą i cynk - resztki szkła z fabrycznego „suchego” elementu, rozmontowanego podczas produkcji grafitu dla powłoka ogniotrwała.
Oczyściliśmy resztki wysuszonych soli krystalicznych za pomocą szczotki drucianej i wycięliśmy dwie płytki w przybliżeniu nożyczkami o mniej więcej tym samym obszarze. Z folii miedzianej wytnij dwa pasujące paski. Również z nożyczkami. Dostaliśmy dwie pary elektrod, które bez zbędnych ceregieli wyposażyły nasze elementy, zginając ich krawędzie na szyjce puszki.
W większym pojemniku przygotowaliśmy elektrolit - chlorek sodu, rozpuszczony w ciepłej wodzie, stężenie jest takie samo, a przygotowane elementy wlewa się.
Połączyliśmy dwa elementy szeregowo, używając kawałka drutu montażowego i dwóch krokodylków. Tak, dobrze, napięcie akumulatora jest zbliżone do standardowego „palca”, spróbuj użyć. Jeden element o napięciu 1,5 V jest używany w zegarku elektromechanicznym, ponadto pobór prądu przez zegarek jest bardzo mały i nasza bateria będzie w stanie go pokonać.
Wyjęliśmy standardową baterię z zegarka i podłączyliśmy do zacisków kawałek drutu montażowego. Obserwując polaryzację (miedziana płyta - „+”, cynk - „-”), połączyłem nasz zegarek z prowizoryczną baterią, voila! Zegar działa, napięcie „spada” do 1,3 V. Zegar działał idealnie przez kilka godzin, aż wszyscy się chwaliliśmy (jakkolwiek czarnoksiężnik!) Potem się zmęczyliśmy.
Na tor.
Wewnętrzna struktura każdego dziecka jest taka, że uwaga na jeden temat, jest w stanie skoncentrować się nie więcej niż 15 ... 20 minut, a wszystkie zajęcia z dziećmi powinny być zaplanowane, aby pasowały w tym czasie lub przełączały się między różnymi klasami, w przeciwnym razie oba będą dręczone.
Jako ładunek lepiej zastosować to, czy to w ruchu, czy w świetle - liczby na woltomierzu robią wrażenie na umyśle, ale nie na sercu. Oprócz zegarków i kalkulatorów z pewnością wzbudzi podziw, praca z domowej baterii małego odbiornika radiowego (jako opcja - domowego!).
Przy długotrwałym użytkowaniu elektrolit ogniw powinien być chroniony przed kurzem i parowaniem oraz dbać o depolaryzator - cóż, przynajmniej przez zatkanie słoika kawałkiem plastikowej folii z elastyczną opaską i dodanie nadmanganianu potasu do elektrolitu. Ponadto lepiej natychmiast zebrać wspomniany element Popowa.
Oprócz ocynkowanych śrub samogwintujących można zastosować ocynkowaną blachę stalową, w przypadku dużych elementów jest to wygodniejsze - podczas eksperymentu możesz uzyskać znaczny prąd i moc niezależnie od tego (poruszając palcami w powietrzu).
Wykaz używanej literatury.
1. P. Strelkov. Wiedzieć i być w stanie. Pionier elektryk. Detgiz. 1960 rok
2. V.S. Polosin, V.G. Prokopenko. Warsztaty nt. Metodologii nauczania chemii. Moskwa, „Enlightenment”, 1989, ss. 202 203.