Elektrisitet og lys fra en sitron: 3 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

For litt over 200 år siden oppfant den italienske fysikeren Alessandro Volta det første sanne batteriet. I dette eksperimentet i klasserommet kan vi gjenopprette et veldig likt batteri som Volta fant opp ved å bruke mer enn en sitron og to metallbiter. Den er kraftig nok til å lyse opp en LED, vi skaper virkelig lys fra en sitron!

Forresten … Voltas batteri brukte kobber, sink og en klut dynket i saltvann. I vårt eksperiment vil vi bruke kobber, magnesium og en sitron, men teorien er den samme, vi bruker en kjemisk reaksjon for å lage elektrisitet.

Prosjektet er beregnet for studenter i alderen 10-15 år (amerikansk klasse 5-9). Eldre studenter skal kunne fullføre prosjektet uten hjelp og finne ut hvorfor kretsen ikke fungerer (for eksempel er forbindelsen ikke god mellom sitronene osv.).

Prosjektet er perfekt for fysikk- eller generell vitenskapsklasser, men kan også utvides til en IT -klasse. Det får elevene til å tenke på hvor mobilene deres får strømmen fra. Klassen viser at et batteri bruker en kjemisk reaksjon for å lage elektrisk strøm.

Rekvisita

• En halv sitron skåret i 3 segmenter (dvs. 3 x 1/6 av en sitron)
• Noen kobbertråd (totalt 20 cm) - dette er ledningen som brukes i stikkontaktene i hjemmet ditt. Hvis du kjenner en elektriker, vil de sikkert ha mange avskjæringer som du kan bruke. Ellers er den tilgjengelig i alle jernvarehandel.
• Noen magnesiumbånd (ca. 10 cm) totalt - dette er tilgjengelig online for rundt $ 3 for en hage (1 m). Hvis du ikke får det, vil "galvaniserte" negler også fungere (men ikke så bra), disse er negler dekket av sink, jernvarehandlere vil ha dem. De ser grå og kjedelige ut å se på (dvs. ikke skinnende).
• En LED (normal 3v LED), unngå blå, ettersom de noen ganger trengte mer strøm for å tenne dem.

Trinn 1: Forbered materialene og lag cellene

Ta 1/2 sitron og skjær i 3 segmenter som vist på bildet

Klipp deretter 2 stykker kobbertråd omtrent 1 "lang. Pass på at det ikke er gummiskjerming rundt kabelen, den skal være" kobber "farget:-)

Til slutt 3 stykker magnesiumbånd ca 1 langt (enkelt å kutte med saks)

Vi skal lage 3 små batterier (eller "celler"). Hvert batteri består av et sitronsegment, en kobberterminal og en magnesiumterminal.

Hvorfor trenger vi 3 batterier spør du? Hvert batteri vil produsere omtrent 1 volt elektrisitet, men en LED trenger rundt 3 volt strøm for å fungere. Så hvis vi kobler til 3 batterier på rad har vi 3 volt, det burde være perfekt å tenne LED -en.

Trinn 2: Koble de tre batteriene på rad

Så vi har de 3 batteriene, nå må vi koble dem på rad.

Det som er viktig på dette stadiet er at kobberterminalen fra det ene batteriet kobles til magnesiumterminalen til det neste batteriet. Den enkleste måten å gjøre dette på er å bøye kobbertråden slik at den klemmer seg fast på magnesiumet for å få en tett forbindelse.

Hvis du ved et uhell kobler kobber til kobber eller magnesium til magnesium i hvert batteri, vil batteriene i utgangspunktet avbryte hverandre, det er som å sette ett av batteriene i TV -fjernkontrollen på feil måte, fjernkontrollen fungerer ikke.

Så nå har vi de 3 batteriene på rad.

Trinn 3: Koble til LED -en og la det være lys

Til slutt kan vi koble LED -en til den venstre terminalen på det venstre batteriet og den høyre terminalen på det høyre batteriet, slik at den elektriske kretsen opprettes.

Men vent - LED -en er veldig spesiell på hvordan den er tilkoblet. Du vil se at det ene benet på lysdioden er lengre enn det andre, dette kalles "anoden", dette må kobles til den positive (+) siden av batteriet. Det kortere benet kalles "katoden", dette må kobles til den negative (-) siden av batteriet.

Men hvilken er den positive og hvilken er den negative terminalen på sitronbatteriet?

….. kobberet er positivt (+), så koble LED -lampens lange ben til kobbertråden og koble det korte benet til LED -en til magnesiumterminalen.

Og hei før LED -lampen skal lyse. Hvis du gir sitronsegmentene et klem, kan du se at LED -en lyser lysere ettersom mer juice vil slippes ut, noe som gir en bedre forbindelse til terminalene.

Så hva er vitenskapen bak denne magien?

Vel, en kjemisk reaksjon finner sted mellom de to forskjellige metallterminalene (kalt "elektrodene"), sitronsaften hjelper i reaksjonen (den kalles "elektrolytten"). Når den kjemiske reaksjonen finner sted, opprettes det noen ekstra "elektroner" som strømmer langs kretsen inn i lysdioden. Lysdioden konverterer deretter disse elektronene til lys.

Se hva som skjer med terminalene hvis du lar LED -en være tilkoblet i noen timer - jeg er redd du ikke har funnet opp et batteri som vil vare evig!

Du kan også prøve med bare 2 celler, LED -lampen skal lyse, men vil være svakere. Med bare én celle er spenningen for lav til å tenne LED -en, men prøv.

Batterier blir mer og mer kritiske for å drive våre kraftige mobile enheter og elbiler, denne klassen viser at batteriteknologi har kommet langt de siste 200 årene, men det er fortsatt mye rom for forbedring … kanskje snart vil mobiltelefonen bare trenger lading en gang i året!

Hvis du ikke finner magnesiumbånd:

Til slutt, hvis du ikke har noe magnesium, kan du også prøve eksperimentet med sink akkurat som Alessandro Volta gjorde i stedet for magnesium (noen galvaniserte (kalt "galvaniserte") negler kan brukes), men du må kanskje bruke mer enn 3 celler siden sink bare vil produsere omtrent 0,9 volt per celle sammenlignet med over 1 volt med magnesium.