Гальванический элемент своими руками

Гальванический элемент своими руками

Евросамоделки – только самые лучшие самоделки рунета! Как сделать самому, мастер-классы, фото, чертежи, инструкции, книги, видео.

  • Главная
  • Каталог самоделки
  • Дизайнерские идеи
  • Видео самоделки
  • Книги и журналы
  • Обратная связь
  • Лучшие самоделки
  • Самоделки для дачи
  • Самодельные приспособления
  • Автосамоделки, для гаража
  • Электронные самоделки
  • Самоделки для дома и быта
  • Альтернативная энергетика
  • Мебель своими руками
  • Строительство и ремонт
  • Самоделки для рыбалки
  • Поделки и рукоделие
  • Самоделки из материала
  • Самоделки для компьютера
  • Самодельные супергаджеты
  • Другие самоделки
  • Материалы партнеров

Самодельный гальванический элемент для автономного питания

Элемент Вольта

Для питания и зарядки портативной электроники в тех местах, где нет электросети можно успешно использовать на ряду с другими источниками электроэнергии и простейшие химические источники тока, гальванические элементы.

Их использование возможно на дачах при долгосрочном проживании при отсутствии электросети,а также в отдалённых деревнях где или нет совсем электроэнергии, или постоянные перебои с электроснабжением. В советской России химические источники тока или гальванические элементы получили широкое распространение в радиолюбительской технике в середине прошлого столетия, так как эти источники просты в изготовлении и изготовляются из легкодоступных материалов.

Сейчас, когда портативная электроника стала очень экономична в плане электропотребления, её питание от самодельных химических источников тока может оказаться очень эффективным, так как такие источники тока с успехом применяли ещё на заре развития радиотехники. Тогда техника потребляла в разы больше электроэнергии чем современная аппаратура,а сейчас с развитием энергосберегающей светотехники. Например, светодиодной, на освещение тратится в 4-5 раз меньше электроэнергии, чем от потребления обычной лампочки. Также современные мобильные телефоны, КПК и другие гаджеты потребляют ни чуть не больше, а даже меньше, чем радиоаппаратура прошлых десятилетий.

Внимание!

В статье имеются орфографические и пунктуационные ошибки, т.к. материал взят с сайта http://soliaris2010.narod2.ru , и редактирование текста практически осталось как у оригинала. Не судите строго, пожалуйста.

ПРОСТЕЙШИЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА

Вольтов столб Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги.

В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».В 1859 году французский физик Гастон Планте изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.В 1865 году французский химик Ж.Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца (IV) MnO2 с угольным токоотводом.

Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент – серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 г. Подключенный к ней звонок работает и по сей день.

Простейший медно-цинковый элемент состоит из двух электродов-пластин, погруженных в раствор электролита, при погружении в электролит между металлами возникает разница потенциалов. При погружении в раствор повареной соли медной пластины и цинковой возникает разница потенциалов примерно в 1 вольт, и один элемент независимо от размеров имеет напряжение в один вольт, а мощность такого элемента зависит от его размеров и площади пластин погруженных в электролит. Для получения более высокого напряжение эти элементы, как и зоводские батарейки соеденяют последовательно для получения нужного напряжения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕДНОЦИНКОВОГО ЭЛЕМЕНТА

Медно-цинковые источники тока. Производство этих химических источников тока началось еще в 1889 г. В настоящее время они выпускаются в небольших масштабах в виде элементов емкостью от 250 до 1000 А·ч. Гладкие цинковые пластины и пластины из смеси оксида меди, меди и связующего помещают в стеклянный или металлический сосуд с 20%-ным раствором NaОН. Элементы имеют напряжение 0,6-0,7 В и удельную энергию 25-30 Вт·ч/кг. К их достоинствам относится постоянство разрядного напряжения, очень малый саморазряд, безотказность в работе и невысокая цена. Применялись в системах сигнализации и связи на железных дорогах.

В реальных условиях энергоёмкость может сильно отличатся и зависит она от площади пластит, чистоты металлов и плотности электролита.Элемент собранный в литровой банке,с пластинами максимальной площади, двадцати процентным раствором соли в виде электролита, выдаёт напряжение от 0,6-1,1 вольта,10-20а/ч,но в таких элементах очень маленький разрядный ток маленький ,и ток замыкания может быть около 100-150мА/ч.,а чем меньше подсоединенный источник потребляет, тем больше медно-цинковый элемент может вырабатывать электроэнергии. Элемент собранный в литровой банке при токе разряда 50 мА/ч проработает от 200часов до 400часов и более и более,но со временем пластины окисляются и напряжение падает и в итоге элемент перестаёт работать. Для восстановления элемента надо заменить электролит и очистить пластины от окисления и элемент снова будет работать.

Читайте также:
Витые балясины станок своими руками устройство

Процесс окисления зависит от разрядного тока чем он выше ,тем быстрее элемент выйдет из строя,но в среднем элемент в литровой банке до чистки и перезарядки ,при разрядном токе 50 мА/ч проработает около 3-4 месяца,а при разрядном токе в 2-5 мА/ч его хватит на год и более.Простого литрового элемента не хватит для питания даже простого миниатюрного радиоприемника,и для того чтобы получить нужные характеристики нужно собрать блок из нескольких элементов.

Сейчас в основном вся портативная электроника питается напряжением в 3,6-4,5 вольта ,и для того чтобы получить такие числа нужно соединить последовательно 4-5 таких элементов,если соединить 5 литровых элементов ,то получится примерно 3,5-4,8 вольта, и ёмкость возрастает до 40-50 А/ч,а ток разряда может достигать 400-600 мА/ч,следовательно такой источник легко справится с питанием маленького радиоприёмника или светодиодного фонарика, а также с зарядкой миниатюрных аккумуляторов телефонов в течении 10-30 часов. Но для питания мощных светодиодных фонарей и питания современных телефонов и КПК такого источники будет маловато.

ДЛЯ СТАБИЛЬНОГО ДОЛГОСРОЧНОГО АВТОНОМНОГО ПИТАНИЯ ПОРТАТИВНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

понадобится что-то побольше, например, элемент ёмкостью как на рисунке, объем 40-50 литров,для стабильного питания портативных комнатных светодиодных светильников и другой техники. Для изготовления такого химического источника электроэнергии на понадобятся: 5 медных пластин размерами 20х40, и 5 таких же цинковых, далее на каждую пластинку нужно припаять или запрессовать путём загибания уголка пластины вставить проводок и заплющить молотком.

После надо пластины через электронопроводящие прокладки (деревянный брусочек или пластмассовая трубка) закрепить между собой, потом опускаем их в ёмкости с электролитом, это или раствор поваренной соли или раствор нашатыря или раствор серной кислоты (авто электролит), после соединяем получившиеся батарейки последовательно, то есть медная пластина одного элемента через проводок соединяется с цинковой пластиной другого элемента. В итоге, с одной стороны получившегося блока остаётся пластина медная с проводком (+), а с другой цинковая (-). Чем больше площадь пластин и чем лучше электролит, тем выше эффективность такого источника тока.

САМОДЕЛЬНЫЙ МЕДНО-КУПОРОСНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

В этой самодельной конструкции из-за недоступности чистого цинка,применён алюминиевый электрод,но э.д.с. алюминия ниже чем у цинка,составляет 0,5 В, то есть одна банка даёт всего 0,5 вольт, из-за этого прибор состоит не из 4-х банок для напражения в 3,5-4 вольты,а из 6-ти,чтобы получить как минимум 3,6 вольт.

При испытании данного прибора не было никаких измерительных приборов, но как видно из фото ,прибор свободно обеспечивает свечение 12-ти светодиодов-ток потребления150-200мА, и заряжает мобильный телефон-ток потребления около 400мА.
При испытании элемент зарядил батарею телефона ёмкостью 750мА за 2,40 минут.

Примерные технические характеристики батареи элементов, состоящей из 6-ти банок, емкостью 0,33л.: 3,7 Вольт, ток замыкания около 500мА, ёмкость 25-30А/ч.

В ходе испытания батарея элементов стабильно проработала на одной столовой ложке купороса около 100 часов при токе разряда примерно 200мА/ч,сейчас прибор так-же работает, но сила тока значительно меньше и составляет около 80мА/ч,купарос практически истрачен,таким образом если посчитать ,то можно определить,сколько времени вообще элементы проработают на определённом количестве купороса, питая определенные приборы.

ПОРЯДОК ИЗГОТОВЛЕНИЯ

В ЭТОЙ КОНСТРУКЦИИ В КАЧЕСТВЕ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ АЛЮМИНИЕВЫЕ БАНКИ (ПИВНЫЕ) И ДРУГИЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ АЛЮМИНИЯ.

ЕСЛИ БУДУТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ АЛЮМИНИЕВЫЕ БАНКИ, ТО ИХ НУЖНО ТЩАТЕЛЬНО ЗАЧИСТИТЬ ОТ ЗАЩИТНОГО ВНУТРЕННЕГО СЛОЯ И ВНЕШНИХ НАДПИСЕЙ, ТАК КАК ОНИ НЕ ПРОПУСКАЮТ ТОК.

Сначала внутренняя поверхность банки обмазывается вазелином или салом на расстоянии 3-4 сантиметра от верхнего края банки,это делается для того чтобы предупредить выползание кристаллов солей из сосуда элемента.

Далее из тонкого листа меди,или латуни или свинца изготавливается цилиндр по внутреннему диаметру и высоте банки.

Далее в цилиндре надо с одной стороны сделать двойные прорези на глубину 4-5 мм., и получившиеся скобки загнуть наружу,для того что-бы цилиндр висел на них, на горлышке банки, не доходя до дна банки на 5 см.,после изготовления припаять к нему медный провод,это и будет (+).

Далее изготавливается диафрагма,диафрагма изготавливается из картона ,делается цилиндр из картона по длине банки ,или короче банки на 5 см.,а потом к нему пришивается нитками картонное дно ,так что-бы не оставалось щелей,а места сшивки пропитываются горячим парафином чтобы герметизировать дно от вытекания жидкости.

Далее на цилиндр плотно наматывают несколько слоёв пергамента или газетной бумаги,предварительно вымоченного в солёном растворе,чтобы не оставалось воздушных прослоек,а после получившейся “стакан” плотно обшивается обёрнутой в несколько слоёв тканью ,для механической прочности.

Потом на верх диафрагмы наклеивают или пришивают кольцо ,чтобы стакан не проваливался,и места крепления обмазывают горячим парафином,в кольце делают отверстие, через которое в банку наливается вода и вставляется мешалка для помешивания купороса.

Читайте также:
Гидроабразивная резка листовой стали

Потом в диафрагму надо налить раствор поваренной соли и оставить на несколько часов,правильно собранная диафрагма не должна подтекать ,а её поверхность должна быть всего-лишь влажной.далее по внутреннему диаметру диафрагмы изготавливается из листа цинка цилиндр к нему припаивается медный провод который будет служить (-),цинковый цилиндр должен свободно входить в диафрагму ,но при этом быть как можно ближе к её стенкам,то есть ближе к медному цилиндру,чтобы уменьшить внутренне сопротивление ,и соответственно повысить эффективность.

СБОРКА ЭЛЕМЕНТА.

В чистую банку ,если 0,5л.,насыпают столовую ложку медного купороса ,вставляют мешалку,а потом устанавливают диафрагму,наполненную раствором поваренной соли,после в то отверстие,которое для мешалки,в банку наливается вода ,а за тем вставляется в диафрагму цинковый цилиндр ,после сборки элемент полностью готов к работе,остаётся соединить элементы последовательно ,как обычные батарейки,и питать и заряжать приборы.

Применение пористой диафрагмы обусловлено разделением электролитов, тоесть разделением кристаллов купороса,и соляного раствора от смешивания,иначе купорос бурно вступает в реакцию и слишком быстро расходуется, даже когда элемент не используется,а через диафрагму расход купороса равномерен и экономичен,что обеспечивает долгую работу источника тока-гальванического элемента..

Удод за элементом заключается в периодической заправке купороса, смене электролита и очистке от окисления электродов. При потреблении тока около 600мА(сотовый телефон), батарея состоящая из 4-х пол-литровых элементов элементов проработает на одной заправке купороса(4 стол.л.) около месяца ,при условии использования его каждый день около 6 часов. .При падении мощности периодически мешалкой надо взбалтывать медный купорос.За время работы в течении месяца израсходуется около 100г.купороса, и 40г. цинка.

Примечание. Если заменить цинк на алюминий,то элементов надо не 4 или 5, а 6 или 7 ,соединенных последовательно,так как э.д.с. алюминия ниже чем у цинка,и состовляет 0,4-0,6 V.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ: САМОДЕЛЬНАЯ БАТАРЕЯ

Каждому из нас знакомы химические источники тока различных типов и форм. Но как это часто случается, мы редко задумываемся о том, как устроен этот совершенно привычный и обыденный предмет. А между тем, появление первых химических источников тока, положило начало превращению электричества из лабораторной диковинки в нашего повседневного помощника.

В 1790 г. итальянский физиолог Луиджи Гальвани заметил, что лапка препарированной лягушки дергается, если к ней одновременно прикоснуться двумя инструментами из разных металлов. В то время уже было известно, что мышцы могут сокращаться под действием электрического тока, так, что Гальвани правильно приписал это явление действию электрического тока. Правда, он считал, что электрический ток появляется благодаря каким-то физиологическим процессам в лапке лягушки.

Правильное объяснение этому явлению смог дать другой итальянский ученый Алессандро Вольта. Он установил, что это явление связано с наличием двух разнородных металлов, соприкасающихся с электролитом, в роли которого выступала кровь лягушки, а сама лапка играла лишь роль чувствительного индикатора электрического тока [1]. Опираясь на свои исследования Вольта в 1799г. создал первый химический источник тока. В этом устройстве Вольта использовал медный и цинковый электроды, погруженные в раствор серной кислоты.

Цинк бурно реагирует с кислотами. В раствор переходят не атомы цинка, а положительные ионы, так что в электроде остается избыток электронов, следовательно, цинковая пластина заряжается отрицательно. Вообще, большинство металлов при погружении в электролит заряжается отрицательно, на поверхности медной пластинки протекает подобный процесс. Но избыток отрицательных зарядов на медном электроде гораздо меньше, а значит, относительно цинкового электрода его потенциал получается более высоким. Если соединить внешним проводником медную и цинковую пластины, то электроны начнут перемещаться с цинковой пластины на медную, т.е. в цепи потечет электрический ток [2].

Электрическое напряжение, возникающее между электродами, зависит от того, из каких металлов изготовлены электроды и от их взаимодействия с электролитом. Напряжение, даваемое элементом, никак не зависит от площади пластин.

Часто напряжения, даваемого одним гальваническим элементом, недостаточно. Тогда их можно соединять последовательно в батареи.

Вообще изготовить химический источник тока совсем нетрудно: надо поместить в электролит две пластинки из разных металлов [3]. Такие гальванические элементы возникают самопроизвольно. Например, намочил дождь крышу, покрытую оцинкованным железом, на железе наверняка имеются царапины, так, что и железо, и цинк вступили в контакт с водой, которая играет роль электролита. Цинк в такой паре начнёт активно разрушаться, а вот железо не пострадает, пока не разрушится весь цинк. Именно для этого и покрывают железо слоем цинка.

По той же самой причине скручивать вместе медные и алюминиевые провода, это, мягко говоря, не самая лучшая идея. В месте контакта начнется гальваническая коррозия, которая приведет к росту электрического сопротивления контакта, что в свою очередь приведет к большему выделению тепла и еще более быстрой коррозии. Все вместе это может стать причиной разрушения соединения и даже пожара.

Нагляднее всего можно пронаблюдать гальваническую коррозию на примере контактов железа с цинком и медью в растворе соли. Железные скрепки были надеты на цинковую и медную пластины и погружены в раствор соли.

Читайте также:
Гибкий трубопровод из нержавеющей стали

Через сутки скрепка, соединенная с медной пластиной, покрылась ржавчиной. В то время, как скрепка, бывшая в контакте с цинком, совершенно не пострадала.

Ученые составили электрохимический ряд напряжений металлов. Чем дальше друг от друга отстоят металлы в этом ряду, тем более высокое напряжение дает гальванический элемент, составленный из этих металлов. Так пара золото – литий теоретически может дать электродвижущую силу (ЭДС) 4,72 В. Но такая пара в водной среде работать не сможет – литий это щелочной металл, легко реагирующий с водой, а золото стоит слишком дорого для подобного применения.

На практике элемент Вольта обладает рядом серьёзных недостатков.

  1. Во-первых, электролитом ему служит весьма едкая жидкость – раствор серной кислоты. Жидкий электролит всегда представляет собой неудобство или даже опасность. Он может расплескаться, разлиться при повреждении корпуса.
  2. Во-вторых, на медном электроде такого элемента будет выделяться водород. Это явление называется поляризацией. По многим свойствам водород весьма близок к металлам, так что его пузырьки создадут дополнительную ЭДС поляризации, стремящейся вызвать ток противоположного направления [2]. Кроме того, пузырьки газа не пропускают электрический ток, что тоже ведет к ослаблению тока. Поэтому приходится периодически встряхивать сосуд, удаляя пузырьки механически, или вводя в состав электролита специальные деполяризаторы.
  3. В третьих, в процессе работы гальванического элемента Вольта, цинковый электрод постепенно растворяется. Теоретически, когда гальванический элемент не используют, разрушение цинкового электрода должно прекратиться, но поскольку почти всегда в составе цинка есть примеси других металлов, они при соприкосновении с электролитом играют роль второго электрода, образуя короткозамкнутый элемент, что ведет к гальванической коррозии цинкового электрода [2]. Для того, чтобы устранить этот недостаток, приходится использовать сверхчистый цинк или конструктивно предусматривать возможность извлечения цинкового электрода из электролита. Так что когда батарея не используется, электролит из нее следует сливать.

Но для демонстрационных целей всеми этими недостатками можно пренебречь, если заменить серную кислоту более безопасным электролитом.

Изготовление батарейки

При изготовлении демонстрационной батареи гальванических элементов будем использовать стандартную пару – медь и цинк. Медную фольгу можно найти в некоторых трансформаторах. В крайнем случае, можно сделать медный электрод из свернутой в спираль голой медной проволоки [4]. Цинк можно добыть из разрядившихся солевых элементов питания, как правило, в них остается достаточно много металлического цинка даже, когда элемент непригоден к дальнейшему использованию. Вместо раствора кислоты, возьмем 10% раствор поваренной соли. В качестве емкости для электролита взяты пластиковые емкости от витаминов объемом примерно 50-100 мл.

В качестве контактов использованы винты, которые одновременно закрепляю электроды на крышке. При этом крайне желательно крепить медные электроды латунным винтом. Цинковую пластину можно без проблем крепить стальным винтом. Для герметизации под гайку подложена подходящая по размеру резиновая сантехническая прокладка.

Батарея из трех гальванических элементов позволяет питать светодиод.

Напряжение на одном элементе батареи составляет около 1 В.

Ток, отдаваемый в нагрузку, составляет около 0,23 мА

Такого тока достаточно для свечения светодиода. Однако на фотографии это свечение можно заметить, только если снимать при большой светочувствительности.

Такую батарею можно использовать в школе, например для выполнения лабораторной работы, по определению внутреннего сопротивления источника тока [5].

Литература

  1. Карцев В., Приключения знаменитых уравнений – М.: Просвещение, 2007 г.
  2. Элементарный учебник физики: учеб.пособие. в 3 т. под ред. Г.С.Ландсберга: т.2 Электричество и магнетизм – М.: Физматлит, 2006 г.
  3. Зверев И., Элемент? Элементарно!, «Юный техник» №6 2007 г.
  4. Юрьев П., ХИТ-парад, но отнюдь не музыкальный, «Юный техник» №2 1994 г.
  5. Лекомцев Д., Вокруг обычной батарейки, «Читаем, учимся, играем» №5 2014 г.

Автор материала Denev.

Форум по обсуждению материала ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ: САМОДЕЛЬНАЯ БАТАРЕЯ

Инструкция новичкам как научиться паять паяльником – различные провода, платы, микросхемы и другие детали.

Коммуникационный протокол UART – что это и как он работает, подробное описание интерфейса и распиновка разъёмов.

Устройство для использования разъёма USB в качестве прикуривателя – разборка и схема.

Высококачественный усилитель для электрогитары – полное руководство по сборке и настройке схемы на JFET и LM386.

Как сделать батарейку самостоятельно в домашних условиях

Электричество окружает современного человека постоянно. Но даже на этом фоне удивительно, что напряжение присутствует в обычных вещах и продуктах (лимон, картофель и т.д.). С помощью них можно сделать простую батарейку в домашних условиях. Поскольку напряжение, ток и емкость изготовленной дома батарейки далеки от привычных нам источников питания, то использовать в реальной жизни такую батарейку смысла нет. Зато в качестве бытового физико-химического опыта для образовательных целей тема бесценна.

  1. Немного теории
  2. Устройство «на пальцах»
  3. Об электролите
  4. Об электродах
  5. Теоретические выводы
  6. Батарейка из лимона или картофеля
  7. Батарейка из монет
  8. Батарейка в алюминиевой банке
  9. Заключение

Немного теории

Устройство «на пальцах»

Предположим, что мы имеем емкость с кислотой с погруженными в нее цинковым и медным электродами (рис). Когда элемент выдает электрический ток через внешнюю цепь, цинк на поверхности цинкового электрода растворяется в растворе. Атомы цинка растворяются в электролите как электрически заряженные ионы (Zn 2+ ), оставляя в металле 2 отрицательно заряженных электрона (e — )

Читайте также:
Водяной резак по металлу своими руками

Эта реакция называется окислением.

Пока цинк попадает в электролит, два положительно заряженных иона водорода (H + ) из электролита объединяются с двумя электронами на поверхности медного электрода и образуют молекулу водорода (H2)

Эта реакция называется восстановлением.

Электроны, используемые на медном электроде для образования молекул водорода, передаются от цинкового электрода через внешний провод, соединяющий медный и цинковый электроды. Молекулы водорода, образующиеся на поверхности меди в результате реакции восстановления выделяются в виде газообразного водорода.

Об электролите

Напряжение на ячейке зависит от кислотности электролита, измеряемой по его pH. Уменьшение кислотности (увеличение pH) вызывает падение напряжения. Используемая кислота не влияет на напряжение, кроме как через значение pH. Это не так для сильнокислых электролитов (pH Две перечисленные выше окислительно-восстановительные реакции происходят только тогда, когда электрический заряд может переноситься через внешнюю цепь.

Об электродах

Из химии: ряд напряжений металлов используется на практике для относительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе. Восстановительная активность металлов (свойство отдавать электроны) уменьшается, а окислительная способность их катионов (свойство присоединять электроны) увеличивается в указанном ряду слева направо. Металлы, стоящие левее, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей. Например, взаимодействие Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu возможно только в прямом направлении. Цинк вытесняет медь из водного раствора её соли. При этом цинковая пластинка растворяется, а металлическая медь выделяется из раствора.

Наиболее распространённые металлы расположены в ряду напряжений в следующей последовательности: Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Au.

Итого, чем дальше в этом ряду находятся металлы друг от друга, тем большее напряжение возникает между ними.

Теоретические выводы

  1. Получается, что э нергия исходит не от лимона или картофеля, а от химического изменения цинка, когда он растворяется в кислоте.
  2. Чем выше кислотность (меньше pH) электролита (но до pH
  3. Чем дальше в ряду напряжения металлов находятся друг от друга электроды, тем выше напряжение
  4. Между одинаковыми электродами напряжение должно быть 0
  5. О значимой силе тока в подобных экспериментах говорить не приходится. Она, конечно, прямо пропорциональна площади электродов, но площадь эта такова, что для получения аналога среднестатистического автомобильного аккумулятора потребовалось бы несколько миллионов ячеек из лимонов.

Можно приступать в проверке.

Батарейка из лимона или картофеля

Для того чтобы сделать батарейку из фрукта и подручных материалов, понадобятся следующие компоненты:

  • лимон или картофель;
  • стальной (цинковый, алюминиевый) предмет;
  • медный предмет;
  • два изолированных провода.

Прежде чем приступить к созданию простой батарейки, необходимо зачистить стальной и медный предметы. Это можно сделать наждачной бумагой.

Совет! В качестве стального предмета удобно использовать гвозди. В качестве медного — медную монетку или проволоку. Полоску цинка можно попытаться аккуратно добыть из корпуса старой батарейки, но надо соблюдать предельную осторожность

Далее необходимо воткнуть их в лимон на расстоянии 3-2 см друг от друга. А к импровизированным контактам присоединить провода. Также их можно аккуратно воткнуть вплотную к контактам. Медный элемент будет выступать в качестве плюса, а стальной минуса.

Интересно! Вместо лимона также можно использовать яблоко. Но необходимо выбирать кислые плоды, так как это необходимо для реакции.

Самодельная батарейка на основе одного лимона или яблока может выдавать примерно 0.5-0.7 Вольт. Этого недостаточно для заряда простого мобильного или приемника. Если нужно напряжение от 3 до 5 Вольт, то вполне возможно это сделать. Нарастание происходит за счет увеличения количества плодов.

Батарейка из монет

Конструкцию из монет в качестве простейшего гальванического элемента также называют Вольтов столб. Для его изготовления понадобится:

  • медные монеты (например, по 10 или 50 копеек);
  • фольга;
  • бумага;
  • уксус или очень соленная вода.

Для красоты конструкции необходимо выбирать монеты одного номинала. Также перед экспериментом их ненадолго окунуть в уксус. Это устранит налет и загрязнения. После чего необходимо вырезать из бумаги и фольги элементы по форме монеток. Их количество должно быть на 2 меньше, чем монет.

Вольтов столб собирается так:

  1. Бумага смачивается в растворе уксуса или соленной воды и прикрепляется к монетке.
  2. Сверху на бумагу кладется круг из фольги.
  3. Далее кладется следующая монетка.
  4. Этапы повторяются пока не кончатся монеты в выбранном количестве.
  5. Конструкция должна получиться такой, чтобы с одного конца была монета (+) последним элементом, а с другого фольга (-).

Чем больше монет будет задействовано в эксперименте, тем большее напряжение выдаст батарейка. Важно понимать, что после эксперимента монеты, возможно, не будут пригодны для использования. Элементы могут покрыться ржавчиной.

Батарейка в алюминиевой банке

Для создания батарейки своими руками в алюминиевой банке необходимо взять:

  • алюминиевую банку (например, из под кока-колы);
  • уголь от костра в виде крошки или пыли;
  • свечка парафиновая;
  • графитный стержень;
  • соль и вода;
  • пенопласт толщиной более 1 см.
Читайте также:
Граверный станок по металлу

Для начала необходимо отрезать у банки верхушку. После чего изготовить из пенопласта круг, подходящий ко дну банки. В круге необходимо проделать не сквозное отверстие для стержня. Пенопласт поместить на дно банки и воткнуть в него графит. Важно, чтобы стержень стоял ровно по центру банки. Пространство вокруг графитного стержня необходимо заполнить углем.

Важно! Стержень из графита не должен прикасаться к банке.

После чего остается сделать солевой раствор взяв 0.5 литра воды и 3 ст. ложки поваренной соли. Раствор размешивать до тех пор, пока кристаллы соли не растворятся, лучше это делать в теплой воде. Залить электролит в банку и запечатать ее воском. Важно чтобы стержень из графита выглядывал за банку.

Провода подключать к графитовому стержню (катод, плюс), и корпусу банки из алюминия (анод, минус). Для того, чтобы получить напряжение в 3 Вольт, необходимо последовательно подключить не менее 2 банок. Полученной батарейкой можно привезти в действие лампочку, калькулятор и часы. Также их можно заряжать.

Заключение

Все вышеописанные способы создания батареек не являются полноценными их заменителями. Но их вполне можно собирать ради интересного эксперимента для наглядной демонстрации работы и устройства гальванических элементов.

Возможности гальванических элементов, собранных в домашних условиях

Вольтов столб был изобретён таким известным учёным из Италии, как Алессандр Вольт. Он провел первые испытания химического источника тока еще в 1800 году. Его назвали элементом Вольта. Он представлял собой сосуд с подсоленной водой и опущенными в неё цинковыми и медными пластинами, которые соединялись проволокой. Потом учёный собрал целую батарею из таких элементов, которая позже была названа Вольтовым столбом. Вольтов столб своими руками могли сделать любые испытатели и с успехом применяли его.

Принцип действия

Наипростейший медно-цинковый столб собирается из 2 электродных пластин, расположенных в растворе электролита. В этом случае, погружая электролит в пространство между металлами, Вы создаете разницу потенциалов.

Внимание! Если Вы погрузите медные и цинковые пластины в раствор соли, то возникнет разница потенциалов, составляющая приблизительно 1 вольт, тогда как каждый элемент, отдельно взятый в независимости от габаритов, испытывает напряжение в 1 вольт. Помните, что мощность пластин в электролите зависит от площади действия.

Для создания более высокого напряжения или мощности этих элементов заводские батарейки делают в виде последовательно соединённых, количество увеличивают до того, как получат нужное напряжение.


Заводская схема конструкции

Пламя и два электрода (медь и железо). Flame and two electrodes (copper and iron)

Возникновение разницы потенциалов между медным и железным электродами, если к ним одновременно прикоснуться пальцем, было прогнозируемо, точнее — ожидаемо: подобное явление я уже видел и не раз. Но описанное ниже явление стало неожиданностью: о такой возможности я просто не задумывался.

Итак, я взял медную и железную проволоку с петельками на конце, и внес их в пламя: чтобы нагреть их до красного каления, а затем погрузить в буру, но до буры дело не дошло. Как только медь и железо попали в пламя, между ними возникла разница потенциалов: сначала она начала стремительно расти и достигла значения порядка 600 мВ (0.6 В), затем — падать, причем не равномерно, а скачками (в обе стороны). Потенциал перевалил через «0» и снова стал увеличиваться по модулю, но теперь уже со знаком «-» (т.е. ток стал течь в противоположном направлении). Стоило погасить горелку, и разница потенциалов быстро стала равной нулю. Снова зажег горелку, показания миливольтметра стали увеличиваться (на этот раз — со знаком «-«) и достигли порядка -0.100 мВ. Погасил горелку — разница потенциалов через несколько секунд исчезла. Аналогично — и в третий раз. Причем во всех случаях наблюдался не монотонный рост или падение потенциала, а скачки в обе стороны.

Попробовал измерить силу тока — не удалось: ток слишком низкий — меньше предела измерения мультиметра, что вполне ожидаемо (поскольку сопротивление зазора между электродами большое: пламя — это хоть и горячий, но газ).

Как объяснить описанное явление, я не знаю. Версий несколько.

1. Эффект Зеебека (термоэлектрический эффект)

. Есть два разных проводника тока, которые контактируют между собой, образуя последовательно замкнутую электрическую цепь. Причем разные места контакта этих проводников находятся при разных температурах. В результате в цепи возникает электродвижущая сила (ЭДС) и течет ток.

Эффект Зеебека (термоэлектрический эффект) Seebeck effect (thermoelectric effect)

На описанном принципе основана работа термоэлектрического генератора — устройства, которое напрямую преобразует тепловую энергию в электричество. Также на этом принципе работает термопара — устройство, которое позволяет измерять температуру (точнее — разницу температур) по значению электрического потенциала на биметаллическом спае.


Принцип работы термопары Thermocouple

Термоэлектрический эффект открыл в 1821 году Томас Зеебек на примере пары проводников медь — сурьма.

Читайте также:
Вязальный крючок для арматуры своими руками


Эффект Зеебека (термоэлектрический эффект) Seebeck effect (thermoelectric effect)

Итак, если места контакта двух разных проводников находятся при разной температуре, в цепи возникает электрический ток.

Но можно сделать все наоборот: к цепи из двух разных проводников подключить внешний источник питания, в результате одно место их контакта будет охлаждаться, другое — нагреваться — в зависимости от направления тока и вида контактирующих проводников. Данное явление называется эффектом Пельтье: по сути, это тот же эффект Зеебека, только наоборот. На таком принципе работают элементы Пельтье (сокращенно — TEC

от англ.
Thermoelectric Cooler
— термоэлектрический охладитель).


Эффект Пельтье (термоэлектрический охладитель) Peltier effect (thermoelectric cooler)

Для того чтобы эффекты Зеебека и Пельтье проявлялись максимально, лучше использовать пару из двух полупроводников: p- и n-типа.

Термоэлектрический генератор, основанный на эффекте Зеебека. В комбинации с вольтметром (вместо нагрузки) может быть использован как термопара. A thermoelectric circuit composed of materials of different Seebeck coefficient (p-doped and n-doped semiconductors), configured as a thermoelectric generator. If the load resistor at the bottom is replaced with a voltmeter the circuit then functions as a temperature-sensing thermocouple

Термоэлектрический охладитель, основанный на эффекте Пельтье The Seebeck circuit configured as a thermoelectric cooler


Термоэлектрический модуль Thermoelectric Seebeck module

Отличие нашего устройства из железной и медной проволоки от термоэлектрического генератора (или термопары) в том, что два разных проводника не контактируют непосредственно. Электрическую цепь между ними замыкает пламя — в нем содержится плазма (ионизированный газ). — Примерно, как на рисунке ниже.

Думаю, что для проявления эффекта Зеебека можно и так, поэтому объяснение №1, пожалуй, самое правдоподобное.

2. Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор)

. Устройство для прямого преобразования кинетической энергии потока в электрическую энергию. Поток плазмы течет с большой скоростью между двумя электродами. Перпендикулярно направлению движения плазмы наложено магнитное поле. В результате электромагнитной индукции положительные заряды отклоняются к одному электроду, отрицательные — к другому. Возникает разница потенциалов.


Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор) Magnetohydrodynamic generator

Рабочим телом МГД-генератора могут служить любые жидкие и газообразные проводники, например, растворы электролитов или жидкие металлы, но в современных МГД-генераторах обычно используют плазму.

Плазма хорошо проводит электрический ток при температуре порядка 10000 К и выше, при меньших температурах ниже степень ионизации газа, а, следовательно, его электропроводность слишком низкая. Чтобы снизить рабочую температуру генератора до 2200-2700 К в нагретый газ вводят соединения щелочных металлов. Мощность генератора пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля, поэтому желательно использовать магниты, которые дают поле напряженностью в несколько Тл.

В нашем эксперименте магнитов не было вообще. Остается магнитное поле Земли, но его средняя напряженность возле поверхности составляет около 5·10-5 Тл (0.5 Э). По-видимому, это слишком мало. Плюс поток плазмы (пламя) направлен не параллельно электродам, а перпендикулярно. Кроме того, направление силовых линий магнитного поля Земли вообще не учитывались.

Таким образом, эффект МГД-генератора — маловероятный вариант объяснения наблюдаемых экспериментальных фактов.

3. Гальванический элемент.

Что такое гальванический элемент мы уже рассмотрели в первой части статьи [ссылка]: два электрода из разных металлов (или других токопроводящих материалов), опущенные в электролит. В нашем случае два металлических электрода есть (медь и железо), но электролита нет: между электродами ионизированный газ — плазма. Может ли она играть роль электролита? Ионы железа и меди вряд ли будут перемещаться между электродами: при такой температуре летучесть данных металлов слишком низкая. Зато другие ионы, — которые уже есть в пламени, в принципе могут перемещаться между электродами и разряжаться на них (как и в обычном гальваническом элементе). Вспомните опыт, где ионы натрия проникали через стекло вакуумной лампочки из расплава натриевой селитры и разряжались внутри лампы — за счет эмиссии электронов спиралью (см. статью Натрий и электрическая лампочка [ссылка]).

Изменение разницы потенциалов в ходе опыта (в частности — беспорядочные скачки потенциала) можно объяснить тем, что поверхность электродов не является инертной: и железо, и медь активно окисляется в пламени. Медь, кроме того, будучи окисленной, может восстановиться, если попадет в восстановительную зону пламени. Плавление металлической меди внутри оболочки из оксида также хорошо видно (подобным образом ведет себя алюминий). Такое объяснение изменения потенциала во времени одинаково хорошо подходит и к первому варианту (эффект Зеебека) и к третьему варианту (гальванический элемент).

Как оно на самом деле — сказать затрудняюсь: наиболее правдоподобно первое объяснение (термоэлектрический эффект, но не в «классическом оформлении»). Тут нужно ставить новые эксперименты, причем без уверенности, что они помогут дать ответ на вопрос. А мы тем временем займемся гальваническим элементом с расплавленной бурой в качестве электролита.

Flame and two electrodes (copper and iron)

История развития конструкции элемента Вольта

Открытие получило развитие в использовании учёных из других стран, которые его успешно применяли в своих исследованиях. К примеру, в 1802 году академик из России Петров собрал батарею — Вольтов столб из 2,1 тыс. элементов, которая обеспечивала электрическую дугу.

Читайте также:
Гидравлический пресс для производства кирпича

В дальнейшем, в 1836 году, химик Дж. Дэниель английского происхождения модернизировал элемент Вольта за счет того, что поместил электроды из цинка и меди в раствор из серной кислоты. Такую конструкцию прозвали как устройство вольтова столба.

Вторая половина девятнадцатого века

Затем в 1859 году во Франции исследователь физических явлений Гастон Планте изобрёл другой тип аккумулятора — свинцово-кислотный. Он до сих пор используется в автомобильных аккумуляторах. Но уже в 1865 году Ж. Лекланше изобрел свой гальванический элемент, который назвали элемент Лекланше. Он состоял из цинкового стакана, который был заполнен раствором водного хлористого аммония или другой соли хлора. В него помещали агломерат из оксида (IV)марганца с формулой — MnO2 с угольным токоотводом.

Модификация этой конструкции может использоваться и в современных солевых батарейках в различных бытовых устройствах. В это время в 1890 году в городе Нью-Йорк исследователь Конрад Губерт, который иммигрировал из России, создал 1-й электрический фонарик. Далее компания National Carbon в 1896 году начинает массовое производство первых сухих элементов имени Лекланше «Columbia» в мире. Самый наибольшее прослужившее гальваническое устройство на серно-цинковой батарее – накопитель, изготовленный в Лондоне во второй половине 19-го года. Он был подключён к звонку и до сих пор работает.


Стандартная схема простейшей батарейки

Современность

Портативной технике, которой пользуется человек сегодня, необходимо напряжение как минимум в 3,6 вольта (но лучше — 4,5). Для получения такого показателя рекомендуется использовать 4-5 выше описанных элементов, соединенных последовательно. Когда соединяют 5 литровых (объём электролита) элементов, то добиваются показателя в 3,5-4,6 вольт, при чем ёмкость возрастает до 45-50 ампер в час. Если разряд тока достигнет 400-600 миллиампер в час, то Вы сможете питать такой батарейкой небольшой радиоприемник или фонарик светодиодного типа. Также можно обеспечить зарядкой миниатюрный аккумулятор телефона до 10-20 часов, но питание современных телефонов и гаджетов потребует более серьезных источников.

Литература

  1. Карцев В., Приключения знаменитых уравнений – М.: Просвещение, 2007 г.
  2. Элементарный учебник физики: учеб.пособие. в 3 т. под ред. Г.С.Ландсберга: т.2 Электричество и магнетизм – М.: Физматлит, 2006 г.
  3. Зверев И., Элемент? Элементарно!, «Юный техник» №6 2007 г.
  4. Юрьев П., ХИТ-парад, но отнюдь не музыкальный, «Юный техник» №2 1994 г.
  5. Лекомцев Д., Вокруг обычной батарейки, «Читаем, учимся, играем» №5 2014 г.

Автор материала Denev.

Изготовление долгосрочного элемента питания для портативных устройств

Необходимые материалы

Чтобы самостоятельно сделать вольтов столб (химический источник электроэнергии), Вам понадобится:

  • ёмкость побольше, например, объемом 40-50 литров (это минимум для стабильного питания портативных светодиодных лампочек и другой техники).
  • пять медных пластин 20/40;
  • пять цинковых пластин 20/40;
  • любая соль.

На подготовительном этапе каждую пластинку припаивают или запрессовывают, загибая уголки пластин. Затем вставляют проводок и заплющивают молотком.

Сборка конструкции химического источника электроэнергии

Закрепите между собой пластины через электронопроводящие прокладки. Для этого подойдут деревянные брусочки или пластмассовые трубки. Опустите столб пластин в ёмкость с электролитом (раствор поваренной соли, нашатыря или серной кислоты — автоэлектролит). Кислоту добавляют порциями и периодически проверяют плотность раствора аэрометром. Необходимо добиться, чтобы она составляла 1,21-1,31 грамм на см3 – это приблизительно 280-300 г кислоты.

Модель одного элемента

Далее соедините получившиеся батарейки: медные пластины одного проводком соедините с цинковой полоской второго элемента. Таким образом, у Вас получится с одной стороны блока — медная полоска закреплена с проводом (+ положительная), а с противоположной — цинковая (отрицательная). Эффективность такого источника можно повысить за счет увеличения площади пластин, или использования более сильного электролита (серной кислоты).

Как сделать гальванический элемент своими руками?

Все, что вам понадобится для создания собственного гальванического элемента в домашних условиях — это два разных металла, немного проводов и проводящая среда. В качестве проводящей среды можно использовать самые разные подручные материалы, в которые можно погрузить металл, например соленую воду, лимон или даже землю.

  1. Шаги
  2. Метод 1 из 4: Гальванический элемент на основе газировки
  3. Метод 2 из 4: Гальванический элемент на основе соленой воды
  4. Метод 3 из 4: Гальванический элемент из 14 ячеек на основе воды
  5. Метод 4 из 4: Гальванический элемент с использованием ладоней
  6. Советы

Метод 1 из 4: Гальванический элемент на основе газировки

Подготовьте все необходимое. Для данного гальванического элемента вам понадобятся одна нераспечатанная банка газировки (любого вида), один пластиковый стакан (объемом от 180 до 240 миллилитров) и полоска меди шириной 2 сантиметра, длина которой слегка превышает высоту стакана. Кроме того, потребуются ножницы, вольтметр и два провода с зажимами «крокодил» на обоих концах.[1] X Источник информации

  • Если у вас нет под рукой перечисленных материалов, их можно приобрести в магазине хозяйственных товаров.
  • Полоску меди можно заменить на кусочки медной проволоки, переплетенные вместе или зигзагообразно изогнутые так, чтобы получилась примерно такая же ширина.

Примерно на 3/4 наполните пластиковый стакан газировкой. Нет необходимости использовать именно пластиковый стакан. Важно, чтобы он не содержал металла. Вполне подойдет стакан из пенополистирола или бумаги.

Читайте также:
ГОСТ на перфорированный лист металлический

Полностью опустошите банку. Если в банке осталась газировка, вылейте (или выпейте) ее. Переверните банку над раковиной и несколько раз встряхните, чтобы из нее вылилась вся газировка.

Вырежьте из банки алюминиевую полоску. Возьмите пустую банку и вырежьте из ее боковой стенки полоску шириной 2 сантиметра. Эта полоска должна быть немного длиннее высоты пластикового стакана, хотя ничего страшного, если это невозможно — в таком случае просто загните верхний край полоски и повесьте ее на ободок стакана, так чтобы она опускалась в жидкость.

  • Чтобы не разрезать банку, можно приобрести полоску алюминия в хозяйственном магазине.
  • Алюминиевая фольга представляет собой плохую замену тонкой полоски из алюминия. Не используйте алюминиевую фольгу!

Потрите алюминиевую полоску наждачной бумагой (необязательно). Если вы приобрели полоску алюминия в хозяйственном магазине, этот шаг можно пропустить в том случае, . Если же вы вырезали полоску из банки, необходимо обработать ее наждачной бумагой, чтобы снять покрытие (краску и пластмассу) с обеих сторон.

Опустите полоски в жидкость. Убедитесь, что полоски не соприкасаются. Разместите их в стакане не рядом, а друг напротив друга.

  • В идеале вырезанные полоски должны быть достаточной длины, чтобы их края выступали над жидкостью и слегка возвышались над ободком стакана.
  • Если полоски не выступают над ободком стакана, можно немного загнуть их с одного края и повесить на ободок.
  • Подсоедините к металлическим полоскам провода. Возьмите один провод, раскройте зажим «крокодил» и захватите им край полоски. Затем таким же образом подсоедините другой провод ко второй полоске.

    • Будьте аккуратны и следите, чтобы зажимы не касались жидкости.
    • Неважно, провод какого цвета подсоединять к той или иной полоске.

    Испытайте гальванический элемент. Согласно приложенным к вольтметру инструкциям подключите провода от каждой полоски к прибору. Вольтметр должен показать напряжение на гальваническом элементе, которое составит около 3/4 вольта.

    Метод 2 из 4: Гальванический элемент на основе соленой воды

    Запаситесь всем необходимым. Для данного вида гальванического элемента вам понадобятся один пластиковый стакан (объемом от 180 до 240 миллилитров), две металлические полоски шириной 2 сантиметра, длина которых немного превышает высоту стакана, и одна столовая ложка (20 граммов) соли. Полоски должны быть из разных металлов, например из цинка, алюминия или меди. Кроме того, вам потребуются ножницы, вольтметр и два провода с зажимами «крокодил» на обоих концах.

    • Вместо одной столовой ложки (20 граммов) соли можно добавить в воду 1 чайную ложку (7 граммов) соли, 1 чайную ложку (5 миллилитров) уксуса и несколько капель хлорного отбеливателя. Если вы выберете этот вариант, будьте осторожны, так как отбеливатель является опасным химическим веществом.
    • Металлические полоски, свинцовую проволоку и вольтметр можно приобрести в магазине хозяйственных товаров. Кроме того, вольтметры и провода продаются в магазинах электротоваров.

    Примерно на 3/4 наполните пластиковый стакан водой. Нет необходимости использовать именно пластиковый стакан. Важно, чтобы он был неметаллическим, так что подойдет стакан из пенополистирола или бумаги.

    Добавьте в стакан 1 столовую ложку (20 граммов) соли и размешайте воду. Так же следует поступить в том случае, если вы решили использовать соль, уксус и отбеливатель.

    Опустите в стакан две металлические полоски. Проследите, чтобы они погрузились в воду, а их края выступали над ободком стакана. Если полоски слишком коротки, загните их края и повесьте на ободок стакана, так чтобы они погрузились в водный раствор.

    Подсоедините к металлическим полоскам провода. Возьмите один провод, раскройте зажим «крокодил» и захватите им край полоски. Затем таким же образом подсоедините другой провод ко второй полоске.

    • Будьте аккуратны и следите, чтобы зажимы не касались жидкости.
    • Неважно, провод какого цвета подсоединять к той или иной полоске.
  • Испытайте гальванический элемент. Согласно приложенным к вольтметру инструкциям подключите провода от каждой полоски к прибору. Вольтметр должен показать напряжение на гальваническом элементе, которое составит около 3/4 вольта.

    Метод 3 из 4: Гальванический элемент из 14 ячеек на основе воды

    Запаситесь всем необходимым. Для данного гальванического элемента вам понадобится немного медной проволоки, 15 шурупов для скрепления тонколистового металла, форма для льда и вода.[2] X Источник информации Кроме того, потребуются ножницы, вольтметр и два провода с зажимами “крокодил” на обоих концах. Необходимо будет обмотать все шурупы медной проволокой, за исключением одного, который послужит отрицательным выводом (к нему вы присоедините один из проводов после того, как соберете гальванический элемент).

    • Количество шурупов зависит от числа ячеек в форме для льда. В нашем примере мы используем форму с 14 ячейками.
    • Можно использовать шурупы из любого металла, кроме меди. Подойдут шурупы из оцинкованной стали или алюминия.[3] X Источник информации Что касается их длины, она должна составлять около 2,5 сантиметра.

    Возьмите 14 шурупов и обмотайте их медной проволокой. Два раза оберните медную проволоку вокруг каждого шурупа под его шляпкой. После этого загните крючком свободный конец каждой проволочки. За эти крючки вы подвесите шурупы на край формы для льда.

    • Можно заранее нарезать медную проволоку на кусочки, длины которых хватит на обматывание шурупа (с небольшим запасом для крючка), или обматывать каждый шуруп и после этого обрезать проволоку.
    Читайте также:
    Вязальный крючок для арматуры своими руками

    Поместите по одному шурупу в каждую ячейку формы для льда. Это будут отдельные ячейки гальванического элемента. Подвесьте шурупы на края ячеек. Следите, чтобы в каждой ячейке располагался лишь один шуруп.

    Подсоедините к одному краю формы для льда положительный и отрицательный выводы. Нацепите на внешнюю сторону одной из ячеек формы для льда крючок из медной проволоки. С этой же стороны формы, но на соседней ячейке разместите шуруп. Этот шуруп должен выступать над краем формы, поскольку к нему необходимо будет подсоединить провод.

    Наполните ячейки водой. Налейте в каждую ячейку достаточно воды, так чтобы в нее погрузились медные крючки и все шурупы.

    Подсоедините провода к положительному и отрицательному выводу. Возьмите один провод и с помощью зажима прикрепите его к медному выводу. Затем таким же образом подсоедините другой провод к выводу с шурупом.

    • Будьте внимательны и следите, чтобы зажимы не касались воды.
    • Неважно, провод какого цвета подсоединять к тому или иному выводу.

    Испытайте гальванический элемент. Подсоедините свободные концы проводов к вольтметру. Батарея из 14 ячеек должна давать примерно 9 вольт.

    Увеличьте напряжение. Можно увеличить создаваемое батареей напряжение, если применить в качестве проводящей жидкости раствор из соленой воды, уксуса, отбеливателя и сока лимона или лайма, либо использовать больше медной проволоки.[4] X Источник информации

    Метод 4 из 4: Гальванический элемент с использованием ладоней

    Подготовьте все необходимое. Для данного гальванического элемента вам понадобятся пластинка меди и пластинка алюминия, каждая размером с ладонь. Кроме того, потребуются вольтметр и два провода с зажимами «крокодил» на обоих концах.

    • Металлические пластинки, провода и вольтметр можно приобрести в магазине хозяйственных товаров.

    Положите алюминиевую и медную пластинки на деревянную доску. Если у вас нет доски, можно использовать какую-нибудь плоскую поверхность из непроводящего материала, например пластика.

    Подсоедините пластинки к вольтметру. С помощью зажимов подсоедините медную пластинку к одному, а алюминиевую — к другому выводу вольтметра.

    • Если вы не уверены, как подсоединять провода к вольтметру, загляните в приложенную к нему инструкцию.

    Положите ладонь на каждую пластинку. Когда вы положите на пластинки по одной ладони, пот на ваших руках вступит во взаимодействие с металлической поверхностью, и вольтметр покажет некоторое напряжение.

    • Если на вольтметре останется нулевое напряжение, поменяйте местами провода: подсоедините провод от медной пластинки к той клемме, к которой был подключен провод от алюминиевой пластинки, и наоборот.
    • Если вольтметр по-прежнему ничего не показывает, проверьте контакты и провода. Если с ними все в порядке, пластины могут быть окислены. В этом случае потрите их ластиком или проволочной мочалкой.
  • Гальванический элемент

    Сижу тут, выходные, скучно… Решил сделать гальванический элемент из подручного хлама. Just for fun.

    От изготовления плат у меня остался небольшой кусочек фольгированного текстолита, а на кухне я нашел алюминиевую фольгу. Текстолит слегка обработал напильником и наждачкой, отрезал кусок фольги:

    Электродный потенциал меди — +0.34В, алюминия — -1.66В. Так что в теории такой элемент должен давать где-то около двух вольт.

    Припаял вывод к меди:

    Понятное дело, электроды надо чем-то разделить. Для этого я взял один из ватных дисков, которые покупаю для протирки плат в процессе ЛУТа:

    Те же товарищи, у которых есть девушки, наверняка найдут такие фиговины у них.

    Однако сам по себе диск больно толстый. Я снял верхний тонкий слой, он легко отделяется:

    Доработал до нужного размера и подходящей формы:

    Завернул медный электрод в ватку. И еще, в процессе я решил, что форму алюминиевого электрода целесообразно изменить:

    После чего собрал бутерброд из всего приготовленного, скрепив его скотчем:

    Примерил пакетик, который будет удерживать электролит:

    Ну и последний штрих — налил в пакетик обычный столовый девятипроцентный уксус (который тоже нашел на кухне, внезапно) и запечатал все скотчем. Готово:

    Естесственно, самое интересное — ЭДС

    и ток короткого замыкания:

    Видно, что реальная ЭДС меньше теоретической аж в четыре раза. Ну что ж, наш мир неидеален… Ток КЗ — около миллиампера, так что внутреннее сопротивление элемента составляет что-то около двух килоом. Все-таки, ватка оказалась толстовата… Видимо, тяжко ионам через нее пролезать.

    Ну вот, как-то так.

    • DIY,
    • гальванический элемент
    • +3
    • 23 июля 2011, 19:31
    • _YS_

    Комментарии ( 134 )

    • Oxygen
    • 23 июля 2011, 21:38

    В старой советской книжке по химии видел такую конструкцию, там за основу брались медные монетки.

    Что там советские книжки, такие штуки еще древние греки делали, по-моему.

    сходили бы лучше на турник/брусья.

    Ценю Вашу заботу, но к физической активности подобного рода я по жизни склонен менее всего. Лучше я гальванический элемент сделаю и статью напишу, это интереснее.

    Читайте также:
    Горизонтальный фрезерный станок по дереву своими руками

    Вообще я сейчас неспешно разрабатываю RGB-фиговину на MSP430G2121. Тоже утилизация хлама. MSP430G2121 — невероятно спартанские в смысле периферии МК, я заказал их благодаря ошибке менеджера. Просил 2131, а выписали 2121, целых три штуки. Когда заметил, было поздно. Плюнул и оплатил — авось, пригодятся. Вот и думал, куда применить. А тут нашел пучок оптоволокна от китайского разноцветного гаджета, который уже давно развалился благодаря своему качеству

    • _YS_
    • 23 июля 2011, 21:49

    Ценю Вашу заботу, но к физической активности подобного рода я по жизни склонен менее всего. Лучше я гальванический элемент сделаю и статью напишу, это интереснее.

    Фруктовая батарейка

    Природные аккумуляторы электрической энергии, батарейка из фруктов – возможно ли это? Давайте попробуем разобраться с этим вопросом в нашей лаборатории.

    Нужно отметить, что этот эксперимент хорош своей простотой и наглядностью. Его можно использовать как для школьного научного проекта (особенно, добавив теоретический раздел), так и в виде развлечения устроив неплохую презентацию, например, для друзей. Замечательно подойдет этот опыт и если вы просто решили с пользой провести время с ребенком – и весело, и познавательно!

    В предыдущей статье об устройстве батарейки мы немного затронули историю создания батарейки, узнали, откуда в ней берется электричество, рассмотрели протекающие в гальваническом элементе процессы. А невероятно полезный метод познания окружающего мира под названием «Что там внутри?» помог нам посмотреть, из чего состоит батарейка. Правда, пришлось разломать несколько гальванических элементов, но в этой статье, обещаю, мы ломать ничего не будем. Только созидать!

    Что нам для этого понадобится? Как мы уже выяснили, любой гальванический элемент состоит из электродов и электролита. Следуя традиции, никаких экзотических или труднодоступных материалов мы использовать не будем. Если вам захочется повторить эксперимент, потребуется следующее:

    • Овощи или фрукты, которые есть у вас под рукой. Только не говорите окружающим, для чего они вам нужны, а то в следующий раз, когда вам захочется, скажем, апельсинчика, вам не дадут – скажут, мол, опять собираешься продукты переводить 🙂 Они будут исполнять роль электролита в нашей партии батарейки (а точнее, содержащийся в них фруктовый сок, который благодаря фруктовым кислотам выполняет роль ионообменной среды).
    • Железные и оцинкованные гвозди. Если нет оцинкованных гвоздей, можете взять кусочки оцинкованной жести. Если после предыдущей статьи по устройству батареек у вас остался цинковый корпус – самое время достать его из заветной коробочки. Как вы поняли, все это будет выполнять роль электродов.
    • Несколько проводков. Я взял несколько жил от многожильного кабеля типа «витая пара». Провода нам нужны для того, чтобы организовать электрическую цепь – тот самый мостик, по которому электроны бегут от одного электрода к другому.
    • Ну и конечно же нам потребуется потребитель тока – зачем нам электричество, если нам некуда его тратить. В качестве потребителя стОит использовать что-нибудь маломощное: например калькулятор или светодиод. Что-либо помощнее, например, лампу накаливания, брать не стоит. Хотя, последним замечанием можно пренебречь, если у вас перед домом стоит грузовик с лимонами.

    Разложим компоненты на нашем лабораторном столе.

    Зачищаем от изоляции концы проводов.

    Начинаем погружать электроды в электролит. Ну а если по-простому – то втыкать гвозди и пластины в заготовленные съестные припасы. Сначала один электрод…

    … а затем и другой.

    На концах электродов закрепляем провода.

    Гальванический элемент готов! Половинка лимона показывает почти полвольта.

    Проделав все вышеописанные процедуры с яблоком, видим, что гальванический элемент из этого фрукта дает аналогичное напряжение.

    Аналогичное напряжение обеспечивает и апельсин.

    А вот лук преподнес сюрприз. Батарейка из него получилась высоковольтная 🙂

    А теперь давайте посмотрим, на что способна вся эта наша фруктово-электрическая братия. Конечно, каждый из этих элементов мало на что способен. Разве что просто продемонстрировать с помощью вольтметра, что электричество они вырабатывают на самом деле. Гораздо более эффектным будет демонстрация работы потребителей тока от наших фруктовых батареек. Как я уже отметил, напряжения, выдаваемого отдельным фруктовым гальваническим элементом, будет недостаточно для питания даже маломощных потребителей тока. Следовательно, нам нужно повысить напряжение. Этого можно достигнуть путем соединения нескольких гальванических элементов по последовательной схеме, т.е. вот так:

    После соединения всех наших гальванических элементов в батарею получаем уже вполне солидное напряжение.

    Попытаемся подключить светодиод (при подключении необходимо соблюсти полярность)… Горит.

    Даже старый калькулятор, который я уже давно перестал считать рабочим, заработал от фруктовой батареи!

    Ну что ж, опыт удался! Как видим, батарейка из фруктов вполне реальна. Конечно, как серьезный источник питания ее рассматривать нельзя. Но как отличный наглядный материал о природе электричества, который для непосвященных может выглядеть даже немного мистически, — вполне!

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    gmnu-nazarovo.ru
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: