Elektricitet och ljus från en citron: 3 steg

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-23 15:11

För drygt 200 år sedan uppfann den italienska fysikern Alessandro Volta det första riktiga batteriet. I detta klassrumsvetenskapliga experiment kan vi återskapa ett mycket liknande batteri som Volta uppfann med inget annat än en citron och två bitar av metall. Den är tillräckligt kraftfull för att tända en LED, vi skapar verkligen ljus från en citron!

Förresten … Voltas batteri använde koppar, zink och en trasa fuktad i saltvatten. I vårt experiment kommer vi att använda koppar, magnesium och en citron men teorin är densamma, vi använder en kemisk reaktion för att producera elektricitet.

Projektet är avsett för elever i åldern 10-15 år (amerikansk klass 5-9). Äldre studenter ska kunna slutföra projektet utan hjälp och räkna ut varför kretsen inte fungerar (till exempel är anslutningen inte bra mellan citronerna etc).

Projektet är perfekt för fysik- eller allmänvetenskapsklasser men kan också utökas till en IT -klass. Det kommer att få dina elever att fundera över varifrån deras mobiltelefoner får sin kraft. Klassen visar att ett batteri använder en kemisk reaktion för att skapa elektrisk ström.

Tillbehör

• En halv citron skuren i 3 segment (dvs 3 x 1/6 av en citron)
• Några koppartråd (totalt 20 cm) - detta är tråden som används i ditt eluttag i ditt hem. Om du känner en elektriker har de säkert många avskärningar som du kan använda. Annars finns den i alla järnaffärer.
• En del magnesiumband (totalt ca 10 cm) - det här är tillgängligt online för cirka $ 3 för en gård (1 m). Om du inte kan få det fungerar "galvaniserade" naglar också (men inte lika bra), dessa är spikar täckta med zink, hårdvaruaffärer kommer att ha dem. De ser gråa och tråkiga ut (dvs. inte blanka).
• En LED (normal 3v LED), undvik Blue eftersom de ibland behövde mer ström för att tända dem.

Steg 1: Förbered materialen och gör cellerna

Ta 1/2 citron och skär i 3 segment som visas på bilden

Skär därefter 2 bitar koppartråd ca 1 "lång. Se till att det inte finns någon gummiskärmning runt kabeln, den ska vara" koppar "färgad:-)

Slutligen 3 bitar magnesiumband ca 1 långt (enkelt att klippa med sax)

Vi ska skapa 3 små batterier (eller "celler"). Varje batteri består av ett citronsegment, en kopparterminal och en magnesiumterminal.

Varför behöver vi 3 batterier frågar du? Varje batteri kommer att producera cirka 1 volt el, men en lysdiod behöver cirka 3 volt el för att fungera. Så om vi kopplar upp 3 batterier i rad har vi 3 volt, det borde vara perfekt att tända lysdioden.

Steg 2: Anslut de tre batterierna i rad

Så vi har de 3 batterierna, nu måste vi ansluta dem i rad.

Vad som är viktigt i detta skede är att kopparterminalen från ett batteri ansluter till magnesiumterminalen på nästa batteri. Det enklaste sättet att göra detta är att böja koppartråden så att den kläms på magnesiumet för att göra en tät anslutning.

Om du av misstag ansluter koppar till koppar eller magnesium till magnesium för varje batteri kommer batterierna i princip att avbryta varandra, det är som att sätta ett av batterierna i din TV -fjärrkontroll på fel sätt, fjärrkontrollen fungerar inte.

Så nu har vi de 3 batterierna i rad.

Steg 3: Anslut lysdioden och låt det bli ljus

Slutligen kan vi ansluta lysdioden till den vänstra terminalen på det vänstra batteriet och den högra terminalen på det högra batteriet så att den elektriska kretsen skapas.

Men håll ut - lysdioden är mycket speciell om hur den är ansluten. Du kommer att se att ett av benen på lysdioden är längre än det andra, detta kallas "anoden", detta måste anslutas till den positiva (+) sidan av batteriet. Det kortare benet kallas "katoden", detta måste anslutas till den negativa (-) sidan av batteriet.

Men vilken är den positiva och vilken är den negativa terminalen på citronbatteriet?

….. kopparen är positiv (+), så anslut LED: s långa ben till koppartråden och anslut LED: s korta ben till magnesiumterminalen.

Och hey presto LED: n ska lysa. Om du ger citronsegmenten en kläm kan du se att LED -lampan lyser ljusare eftersom mer juice kommer att släppas och göra en bättre anslutning till terminalerna.

Så vad är vetenskapen bakom denna magi?

Tja, en kemisk reaktion pågår mellan de två olika metallterminalerna (kallade "elektroderna"), citronsaften hjälper till i reaktionen (den kallas "elektrolyten"). När den kemiska reaktionen äger rum skapas några extra "elektroner" som strömmar utmed kretsen in i lysdioden. Lysdioden omvandlar sedan dessa elektroner till ljus.

Se vad som händer med terminalerna om du lämnar lysdioden ansluten i några timmar - jag är rädd att du inte har uppfunnit ett batteri som håller för evigt!

Du kan också prova med bara 2 celler, lysdioden ska lysa men blir svagare. Med bara en cell är spänningen säkert för låg för att tända lysdioden, men försök.

Batterier blir mer och mer avgörande för att driva våra kraftfulla mobila enheter och elbilar, den här klassen visar att batteritekniken har kommit långt under de senaste 200 åren men det finns fortfarande gott om utrymme för förbättringar … kanske snart kommer din mobiltelefon bara behöver laddas en gång per år!

Om du inte hittar magnesiumband:

Slutligen, om du inte har något magnesium kan du också prova experimentet med zink precis som Alessandro Volta gjorde istället för magnesium (vissa förzinkade (kallade "galvaniserade") spikar kan användas) men du kan behöva använda mer än 3 celler eftersom zink bara producerar cirka 0,9 volt per cell jämfört med över 1 volt med magnesium.