Experiments tècnics senzills són molt útils per fer amb nens, això és passar temps junts, inculcar habilitats i comprendre per part de petits dissenyadors, els fonaments bàsics, que els pans, com en el famós dibuix animat, no creixen en arbres.
Aquesta vegada, vam decidir fer la font química més simple del corrent i intentar aplicar-la per a qualsevol cosa pràctica. Parlant de l’aplicació pràctica, convé recordar que fa poques generacions, els radioamateurs, per subministrar els seus receptors i amplificadors de ràdio de bateries, es van oferir per fabricar diversos tipus de cèl·lules galvaniques o bateries per a producció independent. Aquests són els elements de Leklanshe i Popov [1] pàg. 9 ... 18, o una bateria de gas-potassa o de plom [1], pàg. 22 ... 28. Diversos elements de corrent relativament elevat es connectaven a una bateria incandescent (filament incandescent de tubs de ràdio), dotzenes d'elements més petits, a una bateria d'ànodes, la tensió de la qual podria arribar als 60-80 volts. Les bateries estaven “mullades”: amb electròlit líquid i tenien cura i manteniment.
Així doncs cel·la galvànica, poques paraules "com?" i "per què?" El corrent elèctric es produeix quan interaccionen els metalls. En aquest cas, es produeix una diferència (tensió) de potencial diferent. Al 1793, Alessandro Volta, construint una cèl·lula galvànica (pol Volta), va establir l'activitat relativa dels metalls coneguts aleshores: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. La "força" de la cèl·lula galvànica va resultar ser major, més lluny hi havia els metalls d'aquesta fila (la sèrie de tensions).
Més tard, per organitzar les dades, es va prendre el potencial de l '"elèctrode d'hidrogen" per a referència zero. Després de mesurar el potencial dels metalls combinats amb ell, els metalls experimentals es van disposar seguits. La taula resultant es va anomenar "Serie Electroquímica de Estrès Metàl·lic" i al gabinet de química, ha de penjar al costat del sistema periòdic i el retrat de Dmitry Ivanovich.
Una sèrie de tensions metàl·liques són una contracció útil, en el nostre cas, nosaltres, com Alessandro Volta, sabrem: més se separen els metalls els uns dels altres, major serà la tensió.
En els nostres experiments, com els clàssics, hem utilitzat coure i zinc.Quan les plaques estan immerses en un electròlit, entre aquesta i la placa de zinc, es produeix una reacció química, com a resultat que s’acumulen càrregues negatives a la placa i es carrega negativament. Com a resultat de la reacció que es va produir a la cèl·lula galvànica, l’elèctrode de zinc es dissol gradualment.
En un elèctrode de coure, durant el funcionament d’una cèl·lula galvànica, es formen petites bombolles d’hidrogen, aïllant la superfície del coure de l’electròlit. El fenomen es diu, en una cèl·lula galvànica és perjudicial, estan lluitant amb ell. Per eliminar l’hidrogen alliberat s’introdueixen substàncies anomenades hidrogen a l’electròlit. En el seu paper solen estar compostos de manganès, sulfat de coure. En experiments simples, es pot utilitzar permanganat de potassi de la farmàcia.
Què vam fer servir per a l’experiment.
Dispositius i materials.
Per al muntatge de cèl·lules galvàniques, com a elèctrodes de coure, podeu utilitzar filferro, filferro, làmina. El zinc es pot extreure d’elements secs, es poden utilitzar productes galvanitzats. En lloc de zinc, podeu provar d’utilitzar un elèctrode d’alumini o ferro. Clorur de sodi per electrolit, una mica de filferro de muntatge suau. Definitivament necessiteu un voltímetre o un multímetre, talladors de filferro, tisores. Com a embarcacions, es poden utilitzar contenidors no metàl·lics d’una mida adequada. El vidre, més convenient que les tasses de plàstic lleuger: són més pesades, estables, més difícils de derrocar. Està molt bé si hi ha una càrrega de baixa tensió de baix corrent: una ràdio senzilla, un rellotge de quars, etc.
Bateria i cargols "d'alta tensió"
Fascinat per la senzillesa dels detalls i la tensió relativament alta que es va rebre, vam intentar muntar una pila com aquesta. Aquí s'utilitza un parell de metalls "clàssic": coure-zinc. La idea és utilitzar fixacions galvanitzades com a elèctrode de zinc. Gràcies. És clar que aquest element no està dissenyat per a un funcionament a llarg termini: una capa fina de zinc es dissoldrà ràpidament, però això no és important per a un experiment a curt termini. Però els cargols o engranatges galvanitzats estan a tot arreu.
També s’utilitza un filferro com a elèctrode de coure - també un material àmpliament disponible, a més, la instal·lació més còmoda d’elements en una bateria - tots els elements es connecten en sèrie - a més d’un al menys de la següent. En aquest cas, la tensió es suma, el corrent continua igual.
Comencem
Després de seleccionar el nombre necessari de fixadors galvanitzats de la longitud desitjada, vam trobar un filferro de coure adequat. Aquest és un filferro sinuós en aïllament del vernís. El diàmetre del filferro és d’uns 0,5 mm.
El pol neteja l’aïllament del vernís, diverses vegades, amb un esforç de tirar del filferro mitjançant un drap de doble plegat de mida mitjana.
Aleshores, prepara un parell d’elèctrodes: sota el cap d’un cargol autopastellat, embolcalla amb força o dos voltes de filferro i talla l’excés.
Muntatge de bateries: un abeurador s'utilitzava com a recipient per a la congelació de gel. Podeu utilitzar cèl·lules de dolços en caixa, però són més subtils. Després d’instal·lar els elèctrodes a les parets entre les cèl·lules, omplim els envasos amb electròlit. Hem utilitzat una solució de sal de taula: una cullerada sopera amb un portaobjectes de 0,5 litres d’aigua tèbia. Per omplir-lo, és molt convenient utilitzar una xeringa mèdica.
Hem trobat uns quants cargols més per als elèctrodes i hem afegit elements a la bateria, això és el que tenim. La tensió a una càrrega d’alta impedància (resistència d’entrada d’un voltímetre digital) és considerable, però a qualsevol càrrega, per molt que es noti, baixa significativament.
Intenteu fer-ho cèl·lula galvànica similar (bateria) amb elèctrodes més grans.
Com a contenidor, hem utilitzat un pot de dos litres (dos), i hi cabran plaques d’una àrea considerable. Com a elèctrodes, vam agafar làmina fina de coure i zinc, les restes d’un got d’un element “sec” de fàbrica, desmuntades durant la producció de grafit per recobriment refractari.
Vam netejar les restes de sals cristal·lines seques amb un raspall de filferro i vam tallar dues plaques amb unes tisores aproximadament amb la mateixa zona. De paper de coure, talleu dues ratlles igualades. També amb tisores. Tenim dos parells d’elèctrodes, que van equipar els nostres elements, sense més, doblegant les vores al coll de la llauna.
En un recipient més gran, vam preparar un electròlit - clorur de sodi, dissolt en aigua tèbia, la concentració és la mateixa i s’hi aboquen elements preparats.
Vam connectar els dos elements en sèrie, utilitzant un tros del fil de muntatge i dos clips de cocodril. Així que, bé, el voltatge de la bateria està molt a prop del "dit" estàndard, prova d'utilitzar. Un element amb una tensió d’1,5 V s’utilitza en un rellotge electromecànic, a més, el consum actual del rellotge és molt reduït i la nostra bateria podrà sobrepassar-la.
Vam treure la bateria estàndard del rellotge i vam connectar als terminals un tros del fil de muntatge. Observant la polaritat (placa de coure - "+", zinc - "-"), connectà el nostre rellotge a una bateria improvisada, voila! El rellotge funciona, la tensió "s'enfonsa" fins a 1,3 V. El rellotge va funcionar perfectament durant diverses hores, fins que tots vam presumir (tot i que un bruixot!) Aleshores ens vam cansar.
A la pista.
La constitució interna de qualsevol nen és tal que l'atenció en un tema, ell és capaç de centrar no més de 15 ... 20 minuts, i totes les classes amb nens haurien de ser planificades perquè s'adaptin en aquest moment, o que canviïn entre diferents classes, en cas contrari, sereu turmentats.
Com a càrrega, és millor aplicar-ho ja sigui en moviment o en llum: els números del voltímetre impressionen la ment, però no el cor. A més dels rellotges i les calculadores, sens dubte provocarà admiració, el treball des d’una bateria casolana d’un petit receptor de ràdio (com a opció: un de casa!).
Per a l'ús a llarg termini, l'electròlit de les cèl·lules s'ha de protegir de la pols i l'evaporació i tenir cura del despolaritzador, bé, com a mínim, obstruir el flascó amb un tros de film de plàstic amb una banda elàstica i afegir permanganat de potassi a l'electròlit. És més, és millor recollir immediatament l'element esmentat de Popov.
A més dels cargols galvanitzats, es poden utilitzar xapes galvanitzades d'acer, per a grans elements és més convenient; durant l'experiment, podeu obtenir una intensitat i corrent importants (movent els dits a l'aire).
Llista de literatura usada.
1. P. Strelkov. Conèixer i ser capaç. Enginyer elèctric pioner. Detgiz. Any 1960
2. V. S. Polosin, V. G. Prokopenko. Taller sobre la metodologia de l’ensenyament de la química. Moscou, "Il·lustració", 1989, pàg. 202.203.