Jednoduché technické experimenty sú veľmi užitočné pri práci s deťmi, trávia čas spoločne, vštepujú zručnosti a porozumenie základom pre malých dizajnérov, že bochníky, ako v slávnej karikatúre, nerastú na stromoch.
Tentoraz sme sa rozhodli vyrobiť najjednoduchší zdroj chemického prúdu a pokúsiť sa ho použiť na všetko praktické. Keď už hovoríme o praktickom použití, je potrebné pripomenúť, že práve pred niekoľkými generáciami boli rádioamatéri, ktorí dodávajú svoje rádiové prijímače a zosilňovače batérií, ponúkaní na výrobu niekoľkých typov galvanických článkov alebo batérií pre nezávislú výrobu. To sú prvky Leklansheho a Popova [1] s. 9 ... 18 alebo olovo-potaš alebo plynová batéria [1], s. 22 ... 28. Niekoľko prvkov s vysokým prúdom bolo pripojených k žiarovke (žiarovka z rádiových trubíc), desiatky menších prvkov, k anódovej batérii, ktorej napätie mohlo dosiahnuť 60 až 80 voltov. Batérie boli „mokré“ - kvapalným elektrolytom a vyžadovali si starostlivosť a údržbu.
To znamená, galvanický článok, pár slov „ako?“ a „prečo?“ Elektrický prúd vzniká, keď kovy interagujú. V takom prípade dôjde k inému rozdielu potenciálu (napätie). Už v roku 1793 Alessandro Volta, výstavba galvanického článku (Volta pól), stanovila relatívnu aktivitu vtedy známych kovov: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. „Sila“ galvanického článku sa ukázala byť väčšia, čím ďalej boli kovy v tomto rade ďalej (séria napätí).
Neskôr, na usporiadanie údajov, sa potenciál „vodíkovej elektródy“ považoval za nulovú referenčnú hodnotu. Po zmeraní potenciálu párov s ním boli experimentálne kovy usporiadané v rade. Výsledná tabuľka sa volala „Elektrochemická séria kovových napätí“ a v chemickej miestnosti musí visieť vedľa periodického systému a portrétu Dmitrija Ivanoviča.
Mnohé kovové napätia sú užitočnou pomôckou, v našom prípade to budeme vedieť, rovnako ako Alessandro Volta - čím viac sa kovy navzájom od seba oddelia, tým väčšie bude napätie.
V našich experimentoch sme ako klasici používali meď a zinok.Keď sú doštičky ponorené do elektrolytu, medzi ňou a zinkovou doštičkou, dochádza k chemickej reakcii, v dôsledku ktorej sa na doske akumulujú záporné náboje a je záporne nabitá. V dôsledku reakcie v galvanickom článku sa zinková elektróda postupne rozpúšťa.
Na medenej elektróde sa počas činnosti galvanického článku vytvárajú malé vodíkové bubliny, ktoré izolujú povrch medi z elektrolytu. Tento jav sa nazýva, v galvanickom článku je škodlivý, bojuje s ním. Na odstránenie uvoľneného vodíka sa do elektrolytu zavádzajú látky nazývané vodík. Vo svojej úlohe sú často zlúčeniny mangánu, síranu meďnatého. V jednoduchých experimentoch sa môže použiť lekáreň manganistan draselný.
Čo sme použili na experiment.
Zariadenia a materiály.
Na montáž galvanických článkov ako medených elektród môžete použiť drôt, drôt, fóliu. Zinok sa môže získavať zo suchých prvkov, môžu sa používať galvanizované výrobky. Namiesto zinku môžete skúsiť použiť elektródu z hliníka alebo železa. Chlorid sodný pre elektrolyt, kúsok mäkkého montážneho drôtu. Určite potrebujete voltmeter alebo multimeter, nožnice na drôty, nožnice. Ako nádoby sa môžu použiť nekovové nádoby vhodnej veľkosti. Sklo, pohodlnejšie ako ľahké plastové poháre - sú ťažšie, stabilnejšie a ťažšie sa s nimi dá poraziť. Je veľmi dobré, ak existuje nízkonapäťové nízkonapäťové zaťaženie - jednoduché rádio, quartzové hodinky atď.
„Vysokonapäťová“ batéria drôtu a skrutiek.
Fascinovaní jednoduchosťou detailov a relatívne vysokým napätím sme sa pokúsili zostaviť takúto batériu. Používa sa tu „klasický“ pár kovov - meď-zinok. Ide o použitie pozinkovaných spojovacích materiálov ako zinkovej elektródy. Elegantne. Je zrejmé, že taký prvok nie je určený na dlhodobú prevádzku - tenká vrstva zinku sa rýchlo rozpustí, avšak pre krátkodobý experiment to nie je dôležité. Pozinkované skrutky alebo zuby sú však všade plné.
Drôt sa tiež používa ako medená elektróda - tiež bežne dostupný materiál - okrem toho najvýhodnejšia inštalácia prvkov do batérie - všetky prvky sú zapojené do série - plus jeden k mínusu nasledujúceho. V tomto prípade je sčítané napätie, prúd zostáva rovnaký.
Začnime.
Po výbere požadovaného počtu galvanizovaných spojovacích prvkov požadovanej dĺžky sme našli vhodný medený drôt. Jedná sa o navíjací drôt v lakovej izolácii. Priemer drôtu je asi 0,5 mm.
Stožiar niekoľkokrát čistí lakovú izoláciu s úsilím pretiahnuť drôt cez dvojnásobne zloženú brúsnu kožu strednej veľkosti.
Potom pripraví pár elektród - pod hlavou samoreznej skrutky, pevne obalí dve alebo tri otočky drôtu a odreže prebytok.
Zostava batérií - žľab sa použil ako nádoba na mrazenie ľadu. Môžete použiť bunky zo sladkostí v krabici, sú však jemnejšie. Po inštalácii elektród na steny medzi bunkami naplníme nádoby elektrolytom. Použili sme roztok stolovej soli - lyžicu so sklíčkom 0,5 litra teplej vody. Na plnenie je veľmi vhodné použiť lekársku striekačku.
Našli sme niekoľko ďalších skrutiek pre elektródy a pridané prvky do batérie, to je to, čo sme dostali. Napätie pri vysokom impedančnom zaťažení (vstupný odpor digitálneho voltmetra) je značné, ale pri každom zaťažení, hoci je viditeľné, výrazne klesá.
Skúste to urobiť podobný galvanický článok (batéria) s väčšími elektródami.
Ako kontajner sme použili pollitrovú nádobu (dve), do nej sa zmestia dosky značnej plochy. Ako elektródy sme zobrali tenkú medenú fóliu a zinok - zvyšky pohára z továrne „suchého“ prvku rozobraného počas výroby grafitu pre žiaruvzdorný povlak.
Zvyšky sušených kryštalických solí sme vyčistili drôtenou kefou a odrezali sme dve platne približne nožnicami s približne rovnakou plochou. Z medenej fólie vyrežte dva zhodné pruhy. Tiež s nožnicami. Dostali sme dva páry elektród, ktoré naše prvky bez ďalšieho obopínali a ohýbali ich okraje na hrdle plechovky.
Vo väčšej nádobe sme pripravili elektrolyt - chlorid sodný, rozpustený v teplej vode, koncentrácia je rovnaká a pripravené prvky sa naliali.
Tieto dva prvky sme spojili do série pomocou kusu montážneho drôtu a dvoch krokodílových svoriek. Dobre, napätie batérie je blízko štandardného „prstu“, skúste použiť. Jeden prvok s napätím 1,5 V sa používa v elektromechanických hodinkách, okrem toho je súčasná spotreba hodiniek veľmi nízka a naša batéria ich bude schopná prekonať.
Z hodiniek sme vybrali štandardnú batériu a k terminálom sme pripojili kus montážneho drôtu. Pri dodržaní polarity (medená doska - "+", zinok - "-") sme naše hodinky spojili s provizórnou batériou, voila! Hodiny fungujú, napätie „klesá“ na 1,3 V. Hodiny fungujú perfektne niekoľko hodín, až kým sa všetci nevzdáme (ako čarodejník!) Potom sme boli unavení.
Na stopu.
Vnútorná konštitúcia každého dieťaťa je taká, že pozornosť na jeden predmet je schopná sústrediť sa nie viac ako 15 ... 20 minút, a všetky triedy s deťmi by mali byť naplánované tak, aby sa v tom čase zmestili alebo prepínali medzi rôznymi triedami, inak budú obe obeťami mučenia.
Ako záťaž je lepšie použiť to, či sa pohybuje alebo svieti - čísla na voltmetri zapôsobia na myseľ, ale nie na srdce. Okrem hodiniek a kalkulačiek to určite spôsobí obdiv, prácu z domácej batérie malého rádiového prijímača (ako voliteľná možnosť - z domácej batérie!).
Pri dlhodobom používaní by mal byť elektrolyt buniek chránený pred prachom a odparovaním a mal by sa starať o depolarizátor - dobre, aspoň upchať nádobu kúskom plastovej fólie elastickým pásom a do elektrolytu pridať manganistan draselný. Navyše je lepšie okamžite spomenúť uvedený prvok Popova.
Okrem pozinkovaných samorezných skrutiek je možné použiť aj pozinkovaný oceľový plech, pre veľké prvky je to pohodlnejšie - počas experimentu môžete získať značný prúd a výkon bez ohľadu na to, či sa vaše prsty pohybujú vo vzduchu.
Zoznam použitej literatúry.
1. P. Strelkov. Poznať a byť schopný. Elektrický inžinier spoločnosti Pioneer. Detgiz. 1960 rokov
2. V.S. Polosin, V.G. Prokopenko. Seminár o metodike výučby chémie. Moskva, "Enlightenment", 1989, s. 202,203.