Jednoduché technické experimenty jsou velmi užitečné pro práci s dětmi, tráví společně čas, vnášejí dovednosti a porozumění malým návrhářům, základům, že bochníky, jako ve slavné karikatuře, nerostou na stromech.
Tentokrát jsme se rozhodli vyrobit nejjednodušší zdroj proudu chemikálií a pokusit se jej použít pro cokoli praktického. Pokud jde o praktickou aplikaci, je třeba připomenout, že právě před několika generacemi byli amatéři, kteří dodávali své bateriové rádiové přijímače a zesilovače, nabízeni k výrobě několika typů galvanických článků nebo baterií pro nezávislou výrobu. To jsou prvky Leklansheho a Popova [1] s. 9 ... 18 nebo olověného potaše nebo plynové baterie [1], s. 22 ... 28. Několik žáruvzdorných článků bylo připojeno k žhavící baterii (žhavící vlákno rádiových trubic), desítky menších prvků, k anodové baterii, jejíž napětí mohlo dosáhnout 60 až 80 voltů. Baterie byly „mokré“ - kapalným elektrolytem a vyžadovaly péči a údržbu.
Takže galvanická buňka, pár slov „jak?“ a "proč?" Při interakci kovů dochází k elektrickému proudu. V tomto případě dojde k rozdílnému potenciálu (napětí). V roce 1793 založil Alessandro Volta konstrukci galvanického článku (pól Volta) relativní aktivitu tehdy známých kovů: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. „Síla“ galvanického článku se ukázala být větší, čím dále byly kovy v této řadě dále (řada napětí).
Později, za účelem uspořádání dat, byl potenciál „vodíkové elektrody“ vzat jako nulová referenční hodnota. Po měření potenciálu párů s ním byly experimentální kovy uspořádány v řadě. Výsledná tabulka se nazývala „Elektrochemická řada kovových napětí“ a v chemické místnosti musí viset vedle periodického systému a portrétu Dmitrije Ivanoviče.
Užitečným materiálem je řada kovových napětí, v našem případě to budeme stejně jako Alessandro Volta vědět - čím více se kovy od sebe oddělí, tím větší bude napětí.
V našich experimentech jsme stejně jako klasici používali měď a zinek.Když jsou desky ponořeny do elektrolytu, mezi ním a zinkovou deskou, dochází k chemické reakci, v důsledku které se na desce akumulují záporné náboje a je záporně nabitá. V důsledku reakce probíhající v galvanickém článku se zinková elektroda postupně rozpustí.
Na měděné elektrodě se během činnosti galvanického článku vytvářejí malé vodíkové bubliny, které izolují povrch mědi od elektrolytu. Tento jev se nazývá, v galvanickém článku je škodlivý, bojují s ním. K odstranění uvolněného vodíku se do elektrolytu zavádějí látky zvané vodík. Ve své roli jsou často sloučeniny manganu, síranu měďnatého. V jednoduchých experimentech lze použít manganistan draselný v lékárně.
Co jsme použili pro experiment.
Zařízení a materiály.
Pro montáž galvanických článků, jako měděných elektrod, můžete použít dráty, dráty, fólie. Zinek lze extrahovat ze suchých prvků, lze použít galvanizované výrobky. Místo zinku můžete zkusit použít elektrodu z hliníku nebo železa. Chlorid sodný pro elektrolyt, kousek měkkého montážního drátu. Určitě potřebujete voltmetr nebo multimetr, nůžky na dráty, nůžky. Jako nádoby lze použít nekovové nádoby vhodné velikosti. Sklo, pohodlnější než lehké plastové kelímky - jsou těžší, stabilnější a obtížnější je převrhnout. Je velmi dobré, pokud existuje nízkonapěťové nízkonapěťové zatížení - jednoduché rádio, křemenné hodinky atd.
„Vysokonapěťová“ baterie drátu a šroubů.
Fascinováno jednoduchostí detailů a relativně vysokými napětími jsme se pokusili sestavit takovou baterii. Používá se zde „klasický“ pár kovů - měď-zinek. Cílem je použít galvanizované spojovací prvky jako zinkovou elektrodu. Půvabně. Je zřejmé, že takový prvek není navržen pro dlouhodobý provoz - tenká vrstva zinku se rychle rozpustí, není to však důležité pro krátkodobý experiment. Ale pozinkované šrouby nebo čepy jsou všude plné.
Drát je také používán jako měděná elektroda - také široce dostupný materiál - navíc - nejpohodlnější instalace prvků v baterii - všechny prvky jsou zapojeny v sérii - plus jeden k minus další. V tomto případě se sčítá napětí, proud zůstává stejný.
Pojďme začít.
Po výběru požadovaného počtu galvanizovaných spojovacích prvků požadované délky jsme našli vhodný měděný drát. Jedná se o navíjecí drát v lakové izolaci. Průměr drátu je asi 0,5 mm.
Pole čistí lakovou izolaci několikrát, s úsilím protáhnout drát přes dvojitě složenou brusnou vrstvu střední velikosti.
Poté připraví pár elektrod - pod hlavou samořezného šroubu, pevně obalí dvě nebo tři závity drátu a odřízne přebytek.
Sestava baterie - žlab byl používán jako nádoba na mrznoucí led. Můžete použít buňky z boxovaných sladkostí, jsou však jemnější. Po instalaci elektrod na stěny mezi články naplníme nádoby elektrolytem. Použili jsme roztok stolní soli - lžíci se skluzavkou 0,5 litru teplé vody. Pro plnění je velmi vhodné použít lékařskou stříkačku.
Našli jsme několik dalších šroubů pro elektrody a přidané prvky do baterie, to je to, co jsme dostali. Napětí při vysokém impedančním zatížení (vstupní odpor digitálního voltmetru) je značné, ale při jakémkoli zatížení, jakkoli je patrné, výrazně klesá.
Zkuste to udělat podobný galvanický článek (baterie) s většími elektrodami.
Jako kontejner jsme použili půllitrovou nádobu (dvě), do ní se vejdou talíře značné plochy. Jako elektrody jsme vzali tenkou měděnou fólii a zinek - zbytky skla z továrního „suchého“ prvku, rozebraného během výroby grafitu pro žáruvzdorný povlak.
Zbytky sušených krystalických solí jsme vyčistili drátěným kartáčem a rozřezali jsme dvě desky přibližně nůžkami s přibližně stejnou plochou. Z měděné fólie odstřihněte dva odpovídající pruhy. Také s nůžkami. Dostali jsme dva páry elektrod, které naše prvky vybavily, bez dalšího přibití, ohýbáním jejich okrajů na hrdle plechovky.
Ve větší nádobě jsme připravili elektrolyt - chlorid sodný, rozpuštěný v teplé vodě, koncentrace stejná a připravené prvky byly nality.
Spojili jsme oba prvky v sérii pomocí kusu montážního drátu a dvou krokosvorek. Dobře, napětí baterie se blíží standardnímu "prstu", zkuste použít. Jeden prvek s napětím 1,5 V se používá v elektromechanických hodinkách, navíc je současná spotřeba hodinek velmi malá a naše baterie je bude schopna přemoci.
Vyjali jsme standardní baterii z hodinek a připojili ke svorkám kus montážního drátu. Při pozorování polarity (měděná deska - "+", zinek - "-"), naše hodinky připojily k provizorní baterii, voila! Hodiny fungují, napětí „klesá“ na 1,3 V. Hodiny fungovaly perfektně několik hodin, dokud jsme se všichni nevychloubali (ale kouzelník!) Pak jsme byli unavení.
Na stopu.
Vnitřní konstituce jakéhokoli dítěte je taková, že pozornost na jeden předmět je schopen soustředit ne více než 15 ... 20 minut, a všechny třídy s dětmi by měly být naplánovány tak, aby se vešly do té doby, nebo přepínaly mezi různými třídami, jinak budete oba mučeni.
Jako zátěž je lepší použít to, zda se pohybuje nebo svítí - čísla na voltmetru zapůsobí na mysl, ale ne na srdce. Kromě hodinek a kalkulaček to určitě způsobí obdiv, práci z domácí baterie malého rádiového přijímače (na přání - domácího!).
Pro dlouhodobé použití by měl být elektrolyt článků chráněn před prachem a odpařováním a měl by se starat o depolarizátor - dobře, alespoň ucpání sklenice kouskem plastového filmu elastickým pásem a přidání manganistanu draselného do elektrolytu. Kromě toho je lepší sbírat uvedený prvek Popova okamžitě.
Kromě pozinkovaných samořezných šroubů je možné použít i pozinkovaný ocelový plech, pro velké prvky je to výhodnější - během experimentu můžete získat značný proud a výkon bez ohledu na to (pohybem prstů ve vzduchu).
Seznam použité literatury.
1. P. Strelkov. Znát a být schopen. Elektrotechnik Pioneer. Detgiz. 1960 rok
2. V.S. Polosin, V.G. Prokopenko. Workshop o metodice výuky chemie. Moskva, "Enlightenment", 1989, s. 202,203.