Простите технически експерименти са много полезни да се правят с деца, това е прекарване на време заедно, внушаване на умения и разбиране от малки дизайнери, основите, че хлябовете, както в известната карикатура, не растат на дървета.
Този път решихме да направим най-простия химически източник на ток и се опитаме да го приложим за всичко практично. Говорейки за практическото приложение, струва си да припомним, че само преди няколко поколения радиолюбителите, които доставят своите батерийни радиоприемници и усилватели, бяха предложени да произвеждат няколко вида галванични клетки или батерии за независимо производство. Това са елементите на Лекланше и Попов [1], стр. 9 ... 18, или оловно-калиев или газов акумулатор [1], стр. 22 ... 28. Няколко сравнително токови елемента бяха свързани с нажежаема батерия (нажежаема жичка от радио тръби), десетки по-малки елементи, към анодна батерия, напрежението на която може да достигне 60-80 волта. Батериите бяха „мокри“ - с течен електролит и изискваха грижи и поддръжка.
По този начин, галванична клетка, няколко думи „как?“ и "защо?" Електрическият ток възниква, когато металите взаимодействат. В този случай възниква различна потенциална разлика (напрежение). Още през 1793 г. Алесандро Волта, изграждайки галванична клетка (волтов полюс), установява относителната активност на известните тогава метали: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. „Силата“ на галваничната клетка се оказа по-голяма, колкото по-далече един от друг стояха металите в този ред (поредицата от напрежения).
По-късно, за да се организират данните, потенциалът на „водородния електрод“ е взет като нулева референция. След измерване на потенциала на металите, сдвоени с него, експерименталните метали бяха подредени подред. Получената таблица беше наречена „Електрохимична серия от метални напрежения“ и в кабинета по химия трябва да виси до периодичната система и портрета на Дмитрий Иванович.
Редица метални напрежения са полезна измишльотина, в нашия случай ние, като Алесандро Волта, ще знаем - колкото по-нататък металите се разделят един от друг, толкова по-голямо ще бъде напрежението.
В нашите експерименти, подобно на класиката, използвахме мед и цинк.Когато плочите се потапят в електролит, между него и цинковата плоча, настъпва химическа реакция, в резултат на която на плочата се натрупват отрицателни заряди и тя се отрича отрицателно. В резултат на реакцията, протичаща в галваничната клетка, цинковият електрод постепенно се разтваря.
На меден електрод по време на работа на галванична клетка се образуват малки водородни мехурчета, които изолират повърхността на медта от електролита. Явлението се нарича, в галванична клетка е вредно, те се борят с него. За да се отстрани отделеният водород, вещества, наречени водород, се въвеждат в електролита. В тяхната роля често са съединения от манган, меден сулфат. В прости експерименти може да се използва аптечен калиев перманганат.
Какво използвахме за експеримента.
Устройства и материали.
За сглобяването на галванични клетки, като медни електроди, можете да използвате тел, жица, фолио. Цинкът може да бъде извлечен от сухи елементи, могат да се използват поцинковани продукти. Вместо цинк можете да опитате да използвате електрод от алуминий или желязо. Натриев хлорид за електролит, малко мека тел за монтаж. Определено се нуждаете от волтметър или мултицет, фрези, ножици. Като съдове могат да се използват неметални контейнери с подходящ размер. Стъклени, по-удобни от леките пластмасови чаши - те са по-тежки, по-стабилни, по-трудно се чукат. Много е добре, ако има натоварване с ниско напрежение на ниско напрежение - обикновено радио, кварцов часовник и т.н.
"Високо напрежение" батерия от тел и винтове.
Очаровани от простотата на детайлите и полученото сравнително високо напрежение, се опитахме да сглобим такава батерия. Тук се използва „класическа“ двойка метали - мед-цинк. Идеята е да се използват поцинковани крепежни елементи като цинков електрод. Елегантни. Ясно е, че такъв елемент не е предназначен за дългосрочна работа - тънък слой цинк бързо ще се разтвори, но това не е важно за краткосрочен експеримент. Но поцинкованите винтове или зъбци са навсякъде пълни.
Проводник се използва и като меден електрод - също широко разпространен материал, в допълнение - най-удобният монтаж на елементи в батерия - всички елементи са свързани последователно - плюс един към минуса на следващия. В този случай напрежението се сумира, токът остава същият.
Да започнем.
След като избрахме необходимия брой поцинковани крепежни елементи с желаната дължина, намерихме подходяща медна тел. Това е тел за навиване в изолация на лак. Диаметърът на жицата е около 0,5 мм.
Полюс почиства изолацията на лака няколко пъти, като усилието издърпва жицата през двойно сгъната шлифовъчна кожа със среден размер.
След това той подготвя чифт електроди - под главата на самонарезен винт, плътно увива два или три оборота на тел и отрязва излишното.
Сглобяване на батерията - корито е използвано като контейнер за замразяване на лед. Можете да използвате клетки от бокс сладки, обаче, те са по-фини. След като инсталираме електродите по стените между клетките, пълним контейнерите с електролит. Използвахме разтвор на трапезна сол - супена лъжица с пързалка 0,5 литра топла вода. За пълнене е много удобно да използвате медицинска спринцовка.
Открихме още няколко винта за електродите и добавихме елементи към батерията, това е, което имаме. Напрежението при натоварване с висок импеданс (входно съпротивление на цифров волтметър) е значително, но при всяко натоварване, колкото и да е забележимо, спада значително.
Опитайте да го направите подобна галванична клетка (батерия) с по-големи електроди.
Като контейнер използвахме половин литров буркан (два), чинии със значителна площ ще се поберат в него. Като електроди взехме тънко медно фолио и цинк - останките от чаша от фабричен „сух“ елемент, разглобен по време на производството на графит за огнеупорно покритие.
Почистихме остатъците от изсушени кристални соли с телена четка и нарязахме две плочи с приблизително ножица с приблизително една и съща площ. От медно фолио изрежете две съвпадащи ивици. Също така с ножица. Получихме два чифта електроди, които оборудваха нашите елементи, без допълнително преклонение, огъвайки краищата им на гърлото на кутията.
В по-голям контейнер приготвихме електролит - натриев хлорид, разтворен в топла вода, концентрацията е същата и се изсипват приготвените елементи.
Свързахме двата елемента последователно, като използвахме парче от монтажния проводник и два клипса от крокодил. Така че, добре, напрежението на батерията е близо до стандартния "пръст", опитайте се да използвате. Един елемент с напрежение 1,5 V се използва в електромеханичен часовник, в допълнение, консумацията на ток на часовника е много малка и нашата батерия ще може да го превъзмогне.
Извадихме стандартната батерия от часовника и свързахме към клемите част от монтажния проводник. Наблюдавайки полярността (медна плоча - "+", цинк - "-"), свързахме часовника си с импровизирана батерия, вуала! Часовникът работи, напрежението "потъва" до 1,3 V. Часовникът работеше перфектно няколко часа, докато всички не се похвалихме (все пак магьосник!), След което се уморихме.
Към пистата.
Вътрешната конституция на всяко дете е такава, че вниманието върху един предмет е в състояние да фокусира не повече от 15 ... 20 минути и всички класове с деца трябва да бъдат планирани така, че да се поберат в това време или да превключват между различни класове, в противен случай и двамата ще се измъчвате.
Като товар е по-добре да приложите, че независимо дали е подвижен или светещ - числата на волтметъра впечатляват ума, но не и сърцето. Освен часовници и калкулатори, това със сигурност ще предизвика възхищение, работата от домашна батерия на малък радиоприемник (като опция - домашен такъв!).
При продължителна употреба електролитът на клетките трябва да бъде защитен от прах и изпаряване и да се грижи за деполяризатора - добре, поне запушване на буркана с парче пластмасов филм с еластична лента и добавяне на калиев перманганат към електролита. Освен това е по-добре веднага да се събере споменатият елемент на Попов.
В допълнение към поцинкованите самонарезни винтове е възможно да се използва поцинкована ламарина, за големи елементи е по-удобно - по време на експеримента можете да получите значителен ток и мощност каквото и да е (движейки пръстите си във въздуха).
Списък на използваната литература.
1. П. Стрелков. Знайте и бъдете в състояние. Пионер електроинженер. Detgiz. 1960 година
2. В. С. Полосин, В. Г. Прокопенко. Работилница по методология на преподаване на химия. Москва, Просвещение, 1989, с. 202,203.