Co to jest bateria cytrynowa?
Bateria cytrynowa jest klasycznym eksperymentem naukowym stosowanym w celu zademonstrowania podstaw chemicznego systemu baterii. Aby przeprowadzić ten eksperyment, naukowiec potrzebuje jednej bardzo soczystej cytryny, galwanizowanego lub ocynkowanego gwoździa stalowego oraz czystej miedzianej monety lub odcinka miedzianego okablowania domowego. Naukowiec produkujący baterię potrzebuje również drutu z zaciskami krokodylkowymi na każdym końcu i czułego woltomierza. Woltomierze można zwykle znaleźć w dziale zaopatrzenia elektrycznego w sklepie z narzędziami, elektronicznym sklepie hobbystycznym lub centrum remontu domu. Małe diody elektroluminescencyjne (LED) i inne urządzenia elektryczne mogą być również używane do testowania baterii cytrynowej, chociaż zwykle wymaga to dodatkowych cytryn.
Jak to działa
Akumulator cytrynowy opiera się na elektronach i reakcji chemicznej zachodzącej po wprowadzeniu metali do kwaśnej mieszaniny. Cytryna zawiera znaczną ilość kwaśnego soku, który w terminologii naukowej jest „elektrolitem”. Kwas w elektrolicie pomaga rozbić strukturę atomową metali, takich jak miedź i cynk, powodując uwalnianie poszczególnych elektronów. Kiedy naukowiec tworzy obwód, łącząc dwa metale przewodnikiem, elektrony przepływają przez niego jako ładunek elektryczny, który można wykryć na woltomierzu lub innym urządzeniu.
Robienie baterii
Po pierwsze, naukowiec tworzący baterię cytrynową powinien ostrożnie włożyć miedzianą monetę lub miedziane domowe przewody do jednego końca cytryny, a następnie włożyć ocynkowany gwóźdź do drugiego końca. Ważne jest, aby naukowiec robił to, aby upewnić się, że dwa metale nie stykają się ze sobą. Spowodowałoby to zamknięcie obwodu i przytrzymanie metali podczas ich dotykania może spowodować łagodny porażenie prądem.
Tworzenie opłaty
Gwoździe i moneta stały się teraz elektrodami. Zarówno miedź, jak i cynk pozwalają na przepływ elektronów, co oznacza, że są uważane za doskonałe przewodniki elektryczności. Miedziana moneta lub drut jest uważany za elektrodę dodatnią (+), natomiast gwóźdź ocynkowany to elektroda ujemna (-).
Swobodnie płynące elektrony znajdujące się w elektrolicie z soku z cytryny naturalnie chcą przejść od elektrod ujemnych do dodatnich. Szybkość przepływu tych elektronów mierzy się jako natężenie. Woltomierz bierze to pod uwagę, wyświetlając napięcie, które wskazuje „ciśnienie elektryczne” działające w obwodzie.
Pomiar napięcia
Pojedyncza bateria cytrynowa nie wytwarza znacznego napięcia, ale wrażliwy woltomierz powinien wykryć pewną moc elektryczną. Naukowiec powinien podłączyć dodatni zacisk drutu, zakończony czerwoną obudową, do miedzianej monety lub drutu; i zacisk ujemny, zakończony czarną obudową, do ocynkowanego gwoździa. Cyfrowy odczyt lub analogowe pokrętło woltomierza powinno pokazywać małą liczbę napięć, zwykle mniej niż jedną dziesiątą wolta. Zazwyczaj nie wystarcza to do uruchomienia zegara cyfrowego lub zasilania żarówki, ale pokazuje, że prąd elektryczny został wygenerowany w wyniku reakcji chemicznej w baterii cytrynowej.
Zwiększenie opłaty
Chociaż jednokomorowa bateria cytrynowa jest funkcjonalna, zapewnia niewielki znaczący ładunek elektryczny. Dodatkowe napięcie można zapewnić, zwiększając liczbę ogniw lub cytryn w akumulatorze. Seria cytryn może działać razem jako pojedyncza bateria poprzez dodatkowe przewody podłączone od elektrody dodatniej, części miedzianej, jednej cytryny do ujemnego końca, gwoździa cynkowego, innej.
Około czterech cytryn połączonych szeregowo w ten sposób powinno zapewnić wystarczającą moc, aby zapalić małą diodę LED. Naukowiec powinien podłączyć ujemny przewód z jednego końca cytryny do drutu LED najbliższego spłaszczonej powierzchni obudowy. Następnie może podłączyć dodatni przewód z drugiego końca cytryny do drugiego drutu. Słaba, ale zauważalna poświata powinna zaświecić na środku diody LED; dodatkowe cytryny lub ogniwa można dodać do akumulatora, aby uzyskać większe ładowanie i jeszcze jaśniejszy blask.