Electricitat i llum d'una llimona: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Fa poc més de 200 anys, el físic italià Alessandro Volta va inventar la primera bateria veritable. En aquest experiment de ciència a l’aula podem tornar a crear una bateria molt similar a la que Volta va inventar utilitzant res més que una llimona i dos trossos de metall. És prou potent per encendre un LED, realment estem creant llum a partir d’una llimona.

Per cert … La bateria de Volta feia servir coure, zinc i un drap mullat amb aigua salada. En el nostre experiment utilitzarem coure, magnesi i una llimona, però la teoria és la mateixa, utilitzem una reacció química per produir electricitat.

El projecte està pensat per a estudiants d’entre 10 i 15 anys (grau 5-9 dels EUA). Els estudiants més grans haurien de poder completar el projecte sense ajuda i esbrinar per què el circuit no funciona (per exemple, la connexió no és bona entre les llimones, etc.).

El projecte és perfecte per a classes de Física o Ciències Generals, però també es pot ampliar a una classe de TI. Farà que els vostres estudiants pensin d’on treuen el poder els seus telèfons mòbils. La classe mostra que una bateria utilitza una reacció química per crear corrent elèctric.

Subministraments

• Mitja llimona tallada en 3 segments (és a dir, 3 x 1/6 de llimona)
• Alguns cables de coure (aproximadament uns 12 cm (20 cm) en total): es tracta del cable que s'utilitza a les preses d'electricitat de la vostra llar. Si coneixeu un electricista, segur que tindrà molts talls que podeu utilitzar. En cas contrari, estarà disponible a totes les ferreteries.
• Una mica de cinta de magnesi (uns 3 cm (10 cm) en total): està disponible en línia per uns 3 dòlars per jardí (1 m). Si no ho podeu aconseguir, les ungles "galvanitzades" també funcionaran (però no tan bones), Ungles cobertes de zinc, les ferreteries en tindran un aspecte gris i apagat (és a dir, no brillant).
• Un LED (3V LED normal), eviteu el blau ja que de vegades necessitaven més energia per il·luminar-los.

Pas 1: prepareu els materials i feu les cèl·lules

Agafeu la mitja llimona i talleu-la en 3 segments tal com es mostra a la imatge

A continuació, talleu 2 trossos de fil de coure d’uns 1 "de llarg. Assegureu-vos que no hi hagi cap protecció de goma al voltant del cable, que hauria de ser de color" coure ":-)

Finalment, 3 trossos de cinta de magnesi d'uns 1 de llargada (és senzill de tallar amb tisores)

Anem a crear 3 bateries petites (o "cel·les"). Cada bateria està formada per un segment de llimona, un terminal de coure i un terminal de magnesi.

Per què necessitem 3 bateries que demaneu? Doncs bé, cada bateria produirà aproximadament 1 volt d’electricitat, però un LED necessita uns 3 volts d’electricitat per funcionar. Per tant, si connectem 3 bateries seguides tindrem 3 volts, hauria de ser perfecte per encendre el LED.

Pas 2: connecteu les 3 bateries seguides

Així doncs, tenim les 3 bateries, ara les hem de connectar seguides.

L’important en aquesta etapa és que el terminal de coure d’una bateria es connecta al terminal de magnesi de la bateria següent. La manera més senzilla de fer-ho és doblegar el fil de coure de manera que s’estrenyi sobre el magnesi per establir una connexió estreta.

Si accidentalment connecteu el coure al coure o el magnesi al magnesi de cada bateria, les bateries es cancel·laran bàsicament, és com posar una de les bateries del control remot del televisor de manera equivocada, el comandament no funcionarà.

Ara tenim les 3 bateries seguides.

Pas 3: connecteu el LED i deixeu que hi hagi llum

Finalment, podem connectar el LED al terminal molt esquerre de la bateria esquerra i al terminal molt dret de la bateria dreta perquè es faci el circuit elèctric.

Però espereu: el LED és molt particular sobre com està connectat. Veureu que una de les potes del LED és més llarga que l’altra, això es diu “ànode”, necessita connectar-se al costat positiu (+) de la bateria. La pota més curta s'anomena "càtode", perquè s'ha de connectar al costat negatiu (-) de la bateria.

Però, quin és el positiu i quin és el terminal negatiu de la bateria de llimona?

….. El coure és positiu (+), així que connecteu la pota llarga del LED al fil de coure i connecteu la pota curta del LED al terminal de magnesi.

I bé, presto, el LED s’hauria d’encendre. Si apreteu els segments de llimona, pot ser que el LED brilli més brillant, ja que s’alliberarà més suc, millorant la connexió amb els terminals.

Quina és la ciència que hi ha darrere d’aquesta màgia?

Doncs bé, es produeix una reacció química entre els dos terminals metàl·lics diferents (anomenats "elèctrodes"), el suc de llimona ajuda a la reacció (es diu "electròlit"). Quan es produeix la reacció química es creen alguns "electrons" addicionals que flueixen al llarg del circuit cap al LED. A continuació, el LED converteix aquests electrons en llum.

Mireu què passa amb els terminals si deixeu el LED connectat durant unes hores; em temo que no heu inventat una bateria que durarà per sempre.

També podeu provar-ho amb només 2 cel·les; el LED s’hauria d’encendre, però quedarà més feble. Amb una sola cel·la segur que el voltatge serà massa baix per encendre el LED, però continueu i proveu-ho.

Les bateries són cada vegada més importants per alimentar els nostres dispositius mòbils i cotxes elèctrics, aquesta classe demostra que la tecnologia de les bateries ha recorregut un llarg camí en els darrers 200 anys, però encara hi ha molt marge de millora … potser aviat el vostre telèfon mòbil només cal carregar-se un cop a l'any.

Si no trobeu cinta de magnesi:

Finalment, si no teniu magnesi, també podeu provar l’experiment amb zinc tal com ho va fer Alessandro Volta en lloc de magnesi (es poden utilitzar unes claus zincades (anomenades "galvanitzades")), però és possible que hàgiu d'utilitzar més de 3 cel·les ja que el zinc només produirà uns 0,9 volts per cèl·lula en comparació amb més d’un volt amb el magnesi.