WATTA - Заряди iPod лимоном
Що потрібно
Декілька кислих фруктів, цитрусових, яблука або груші чудово підійдуть. Щось мідне, наприклад монета. Ми використовували мідні цвяхи. Дещо, виготовлене з цинку, наприклад оцинкований цвях.
Мультиметр для вимірювання струму та напруги. Об'єкт виготовлений з інших металів, наприклад, неоцинкований цвях.
Якщо ви дійсно хочете зарядити Ipod вам також знадобиться USB кабель і купа фруктів і цвяхів.
Що робити
Якщо ви просто хочете зробити акумулятор (акумуляторний елемент, якщо говорити технічно, оскільки акумулятор має кілька елементів):
Вставляємо оцинкований цвях у плід. Встромляємо поряд з ним мідний (Переконайтеся, що вони не торкаються один одного, а то буде коротке замикання), якщо ви використовуєте цитрус, спробуйте встромити їх в ту саму часточку. Виміряйте напругу між цвяхами. Тепер оцініть силу струму, яку він вироблятиме. Спробуйте використовувати різні метали, подивіться, що відбувається.
Якщо ви дійсно хочете зарядити MP3-плеєр, будьте готові, якщо він раптом зламається ;)
Зберіть принаймні 12 цих елементів разом. Можна встромити по кілька цвяхів у кожен плід.
Відчуйте USB кабель і визначте які дроти передають струм. Для цього вставте його в комп'ютер і виміряйте напругу. Підключіть акумулятор до відрізаного кабелю USB. Підключіть ваш MP3-плеєр
Що може статися
Ви виявите, що напруга між цинковим та мідним цвяхами становить приблизно 1 вольт. Звучить добре, але цього мало. Ми матимемо максимум 0.1 мА. Ви виявите, що різні метали будуть давати різну напругу, наприклад, сталь з цинком або міддю будуть виробляти близько 0,5 вольт.
Якщо у вас купа фруктів і достатньо металевих предметів, ви можете легко отримати достатню кількість струму для того, щоб mp3 плеєр подумав, що він заряджається. Для зарядки насправді використовується більше енергії, ніж ви дасте, але це безперечно працює і в принципі, якщо ви з'єднаєте достатньо цвяхів і фруктів разом, то він насправді зарядиться.
Що відбувається?
Якщо ви встромите у фрукт два цвяхи з різних металів, відбудеться хімічна реакція. Якщо цинк зможе відпустити свої іони, це дозволить звільнити енергію, але й втратити електрони. Якщо цинк підключений до міді в електричному ланцюзі, електрони почнуть рухатися цим ланцюгом і нейтралізують іони міді в лимоні. Цей процес звільняє енергію, яку можна використовувати для заряджання MP3-плеєра.
Їх там буде, звичайно, дуже мало, але більшість з'явиться після окислення тонкої мідної плівки (тонка темна плівка, що покриває мідь), що звільнить усі іони міді, що знаходяться в ній.
Чому реакція не відбувається без електроланцюга?
Атом цинку повинен звільнити Zn2+ іони, що тягне за собою втрату 2 негативно заряджених електронів. Якщо ці електрони не будуть рухатися, цинк стане негативно заряджений і притягуватиме більше позитивно зарядженихіонів Цинка назад, так що реакція зупиниться.
Що станеться, якщо замкнути ланцюг?
Електрони тектимуть по електроланцюзі до мідних електродів, де іони міді будуть притягуватися до негативно заряджених електронів. Коли вони зустрінуться, нейтралізуються. Оскільки цинк реактивніший, ніж мідь, цей процес вивільняє енергію рівну приблизно 1 джоулю на кожен кулон переміщеного заряду. Також батарейка виготовляє 1 вольт. Ця напруга пов'язана з різницею в реакційній здатності двох металів, тому якщо взяти інші метали, напруга зміниться.
Чому батарейки виробляють такий невеликий струм?
Для отримання струму великої сили, обидві хімічні реакції повинні відбутися швидко, так що чим більша площа поверхні і більше реагентів у розчині, тим швидше буде протікати реакція. У батарейці дуже низька концентрація іонів Cu2+ тому реакція йде повільно, обмежуючи силу струму, що виробляється.
Інший обмежуючий фактор полягає в тому, що іони важко переміщатися всередині фрукта і тому потрібен час, щоб навколо Цинку зібралися позитивно заряджені іони, а навколо Міді - негативні. Це означає, що різниця потенціалів між цинковим і мідним цвяхами менша, так що замість того, щоб дати 1 Вольт осередок виробляє 0,5. Якщо трохи почекати, потік іонів подолає фрукт і все буде ОК.
Ось чому нам необхідно використовувати 12 одновольтних осередків для виробництва 5 Вольт необхідних для зарядки mp3-плеєра, кожен осередок насправді дає менше половини вольту.