Einfache technische Experimente sind sehr nützlich, um mit Kindern zu tun. Dies bedeutet, Zeit miteinander zu verbringen, Fähigkeiten zu vermitteln und kleinen Designern die Grundlagen zu vermitteln, dass die Brote, wie im berühmten Cartoon, nicht auf Bäumen wachsen.
Dieses Mal haben wir uns entschlossen, die einfachste chemische Stromquelle herzustellen und sie für alles Praktische anzuwenden. In Bezug auf die praktische Anwendung ist daran zu erinnern, dass Funkamateuren vor wenigen Generationen zur Lieferung ihrer Batterie-Funkempfänger und -Verstärker angeboten wurden, verschiedene Arten von galvanischen Zellen oder Batterien für die unabhängige Produktion herzustellen. Dies sind die Elemente von Leklanshe und Popov [1] S. 9 ... 18 oder einer Blei-Kali- oder Gasbatterie [1], S. 22 ... 28. Mehrere Elemente mit relativ hohem Strom wurden an eine Glühlampenbatterie (Glühlampen aus Funkröhren), Dutzende kleinerer Elemente, an eine Anodenbatterie angeschlossen, deren Spannung 60 bis 80 Volt erreichen konnte. Die Batterien waren „nass“ - mit flüssigem Elektrolyt und mussten gepflegt und gewartet werden.
Also galvanische Zelle, ein paar Worte "wie?" und "warum?" Elektrischer Strom entsteht, wenn Metalle interagieren. In diesem Fall tritt eine andere Potentialdifferenz (Spannung) auf. Bereits 1793 stellte Alessandro Volta beim Bau einer galvanischen Zelle (Volta-Pol) die relative Aktivität der damals bekannten Metalle fest: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Die "Stärke" der galvanischen Zelle erwies sich als umso größer, je weiter die Metalle in dieser Reihe voneinander entfernt waren (die Reihe von Spannungen).
Später wurde zur Organisation der Daten das Potential der „Wasserstoffelektrode“ als Nullreferenz herangezogen. Nach Messung des Potentials der mit ihm gepaarten Metalle wurden die experimentellen Metalle in einer Reihe angeordnet. Die resultierende Tabelle hieß "Elektrochemische Reihe von Metallspannungen" und muss im Chemiekabinett neben dem Periodensystem und dem Porträt von Dmitri Iwanowitsch hängen.
Eine Reihe von Metallspannungen sind eine nützliche Vorrichtung. In unserem Fall werden wir wie Alessandro Volta wissen: Je weiter die Metalle voneinander getrennt sind, desto größer wird die Spannung.
In unseren Experimenten verwendeten wir wie bei den Klassikern Kupfer und Zink.Wenn die Platten in einen Elektrolyten zwischen dieser und der Zinkplatte eingetaucht werden, tritt eine chemische Reaktion auf, wodurch sich negative Ladungen auf der Platte ansammeln und diese negativ geladen werden. Infolge der in der galvanischen Zelle stattfindenden Reaktion löst sich die Zinkelektrode allmählich auf.
Auf einer Kupferelektrode bilden sich während des Betriebs einer galvanischen Zelle winzige Wasserstoffblasen, die die Kupferoberfläche vom Elektrolyten isolieren. Das Phänomen heißt, in einer galvanischen Zelle ist es schädlich, sie kämpfen damit. Um den freigesetzten Wasserstoff zu entfernen, werden Substanzen, die als Wasserstoff bezeichnet werden, in den Elektrolyten eingeführt. In ihrer Rolle sind oft Verbindungen von Mangan, Kupfersulfat. In einfachen Experimenten kann Kaliumpermanganat aus der Apotheke verwendet werden.
Was wir für das Experiment verwendet haben.
Geräte und Materialien.
Für die Montage von galvanischen Zellen können Sie als Kupferelektroden Draht, Draht, Folie verwenden. Aus trockenen Elementen kann Zink gewonnen werden, es können verzinkte Produkte verwendet werden. Anstelle von Zink können Sie auch eine Elektrode aus Aluminium oder Eisen verwenden. Natriumchlorid für Elektrolyt, ein bisschen weicher Befestigungsdraht. Sie benötigen auf jeden Fall ein Voltmeter oder Multimeter, Drahtschneider, eine Schere. Als Gefäße können nichtmetallische Behälter geeigneter Größe verwendet werden. Glas, bequemer als leichte Plastikbecher - sie sind schwerer, stabiler und schwerer umzuwerfen. Es ist sehr gut, wenn eine Niederspannungslast mit niedrigem Strom vorhanden ist - ein einfaches Radio, eine Quarzuhr usw.
"Hochspannungs" -Batterie aus Draht und Schrauben.
Fasziniert von der Einfachheit der Details und der relativ hohen empfangenen Spannung haben wir versucht, eine solche Batterie zusammenzubauen. Hier wird ein „klassisches“ Metallpaar - Kupfer-Zink - verwendet. Die Idee ist, verzinkte Verbindungselemente als Zinkeektrode zu verwenden. Anmutig. Es ist klar, dass ein solches Element nicht für den Langzeitbetrieb ausgelegt ist - eine dünne Zinkschicht löst sich schnell auf, dies ist jedoch für ein Kurzzeitexperiment nicht wichtig. Aber verzinkte Schrauben oder Zahnräder sind überall voll.
Ein Draht wird auch als Kupferelektrode verwendet - zusätzlich auch ein weit verbreitetes Material - die bequemste Installation von Elementen in einer Batterie - alle Elemente sind in Reihe geschaltet - plus eins zum Minus des nächsten. In diesem Fall wird die Spannung summiert, der Strom bleibt gleich.
Fangen wir an.
Nachdem wir die erforderliche Anzahl verzinkter Verbindungselemente mit der gewünschten Länge ausgewählt hatten, fanden wir einen geeigneten Kupferdraht. Dies ist ein Wickeldraht in Lackisolierung. Der Durchmesser des Drahtes beträgt ca. 0,5 mm.
Pole reinigt die Lackisolierung mehrmals, wobei der Draht mühsam durch eine doppelt gefaltete Schleifhaut mittlerer Größe gezogen wird.
Dann bereitet er ein Paar Elektroden vor - unter dem Kopf einer selbstschneidenden Schraube, wickelt zwei oder drei Drahtwindungen fest um und schneidet den Überschuss ab.
Batteriebaugruppe - Ein Trog wurde als Behälter zum Einfrieren von Eis verwendet. Sie können Zellen aus Süßigkeiten in Schachteln verwenden, diese sind jedoch subtiler. Nachdem wir die Elektroden an den Wänden zwischen den Zellen installiert haben, füllen wir die Behälter mit Elektrolyt. Wir verwendeten eine Lösung aus Speisesalz - einen Esslöffel mit einem Objektträger von 0,5 Litern warmem Wasser. Zum Befüllen ist es sehr bequem, eine medizinische Spritze zu verwenden.
Wir haben noch ein paar Schrauben für die Elektroden gefunden und der Batterie Elemente hinzugefügt, das haben wir bekommen. Die Spannung bei einer hochohmigen Last (Eingangswiderstand eines digitalen Voltmeters) ist beträchtlich, fällt jedoch bei jeder Last, wie merklich sie auch sein mag, erheblich ab.
Versuchen Sie es ähnliche galvanische Zelle (Batterie) mit größeren Elektroden.
Als Behälter haben wir ein halbes Liter Glas (zwei) verwendet, in das Teller mit einer beträchtlichen Fläche passen. Als Elektroden nahmen wir dünne Kupferfolie und Zink - die Reste eines Glases aus einem "trockenen" Fabrikelement, das bei der Herstellung von Graphit für zerlegt wurde feuerfeste Beschichtung.
Wir säuberten die Reste von getrockneten kristallinen Salzen mit einer Drahtbürste und schnitten zwei Platten mit ungefähr einer Schere mit ungefähr derselben Fläche. Schneiden Sie aus Kupferfolie zwei passende Streifen. Auch mit der Schere. Wir haben zwei Elektrodenpaare, die unsere Elemente ohne weiteres ausstatteten und ihre Ränder am Hals der Dose bogen.
In einem größeren Behälter haben wir einen Elektrolyten - Natriumchlorid - hergestellt, in warmem Wasser gelöst, die Konzentration ist gleich, und die vorbereiteten Elemente werden gegossen.
Wir haben die beiden Elemente mit einem Stück Montagedraht und zwei Krokodilklemmen in Reihe geschaltet. Also gut, die Batteriespannung liegt nahe am Standard "Finger", versuchen Sie es zu verwenden. Ein Element mit einer Spannung von 1,5 V wird in einer elektromechanischen Uhr verwendet. Außerdem ist der Stromverbrauch der Uhr sehr gering und unsere Batterie kann sie übersteuern.
Wir haben die Standardbatterie von der Uhr entfernt und ein Stück des Befestigungskabels an die Klemmen angeschlossen. Durch Beobachtung der Polarität (Kupferplatte - "+", Zink - "-") wurde unsere Uhr an eine provisorische Batterie angeschlossen, voila! Die Uhr funktioniert, die Spannung "sinkt" auf 1,3 V. Die Uhr funktionierte mehrere Stunden perfekt, bis wir uns alle rühmten (allerdings ein Zauberer!). Dann wurden wir müde.
Zur Strecke.
Die innere Konstitution eines Kindes ist so, dass es sich auf ein Thema konzentrieren kann, sich nicht mehr als 15 ... 20 Minuten konzentrieren kann, und alle Klassen mit Kindern sollten so geplant werden, dass sie zu diesem Zeitpunkt passen, oder zwischen verschiedenen Klassen wechseln, sonst werden beide gequält.
Als Last ist es besser, das anzuwenden, egal ob es sich bewegt oder leuchtet - die Zahlen auf dem Voltmeter beeindrucken den Verstand, aber nicht das Herz. Neben Uhren und Taschenrechnern wird es sicherlich Bewunderung hervorrufen, die Arbeit von einer selbstgebauten Batterie eines kleinen Funkempfängers (als Option - eine selbstgemachte!).
Bei längerer Anwendung sollte der Elektrolyt der Zellen vor Staub und Verdunstung geschützt werden und der Depolarisator gepflegt werden - zumindest durch Verstopfen des Gefäßes mit einem Stück Kunststofffolie mit einem elastischen Band und Hinzufügen von Kaliumpermanganat zum Elektrolyten. Darüber hinaus ist es besser, das erwähnte Element von Popov sofort zu sammeln.
Zusätzlich zu verzinkten selbstschneidenden Schrauben ist es möglich, verzinktes Stahlblech zu verwenden. Bei großen Elementen ist dies bequemer. Während des Experiments können Sie einen signifikanten Strom und eine erhebliche Leistung erhalten (indem Sie Ihre Finger in die Luft bewegen).
Liste der verwendeten Literatur.
1. P. Strelkov. Wissen und in der Lage sein. Pionier der Elektrotechnik. Detgiz. 1960 Jahr
2. V. S. Polosin, V. G. Prokopenko. Workshop zur Methodik des Chemieunterrichts. Moskau, "Aufklärung", 1989, S. 202, 203.