Vienkārši tehniski eksperimenti ir ļoti noderīgi, lai tos izdarītu ar bērniem, tas ir laika pavadīšana kopā, kā arī iemaņu iedziļināšana un mazo dizaineru pamatprasme, lai klaipi, tāpat kā slavenajā karikatūrā, neaug uz kokiem.
Šoreiz mēs nolēmām izgatavot vienkāršāko ķīmiskās strāvas avotu un mēģināt to pielietot visam praktiskajam. Runājot par praktisko pielietojumu, ir vērts atcerēties, ka tikai pirms dažām paaudzēm radioamatieriem, lai piegādātu akumulatoru radiouztvērējus un pastiprinātājus, tika piedāvāts izgatavot vairāku veidu galvaniskos elementus vai baterijas neatkarīgai ražošanai. Tie ir Leklanshe un Popov elementi [1] 9. ... 18. lpp., Vai svina-potaša vai gāzes akumulators [1], 22. ... 28. lpp. Vairāki, samērā augstas strāvas elementi tika savienoti ar kvēlspuldzi (radio lampu kvēlspuldzi), desmitiem mazāku elementu - ar anoda akumulatoru, kura spriegums varēja sasniegt 60-80 voltus. Baterijas bija “slapjas” - ar šķidru elektrolītu, un tām bija nepieciešama kopšana un uzturēšana.
Tātad galvaniskā šūna, daži vārdi “kā?” un "kāpēc?" Elektriskā strāva rodas, metāliem mijiedarbojoties. Šajā gadījumā rodas atšķirīga potenciāla starpība (spriegums). Jau 1793. gadā Alessandro Volta, būvējot galvanisko elementu (Volta pole), noteica toreiz zināmo metālu relatīvo aktivitāti: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Galvaniskās šūnas "stiprums" izrādījās lielāks, jo tālāk stāvēja metāli šajā rindā (spriegumu virkne).
Vēlāk, lai sakārtotu datus, “ūdeņraža elektrodu” potenciāls tika izmantots kā nulles atskaites punkts. Pēc tam, kad tika izmērīts ar viņu savienoto metālu potenciāls, eksperimentālie metāli tika sakārtoti pēc kārtas. Iegūto tabulu sauca par "Metālu spriegumu elektroķīmisko sēriju", un ķīmijas telpā tai jābūt pakārtai blakus periodiskajai sistēmai un Dmitrija Ivanoviča portretam.
Vairāki metāla spriegumi ir noderīga pretruna, šajā gadījumā mēs, tāpat kā Alessandro Volta, uzzināsim - jo tālāk metāli tiek atdalīti viens no otra, jo lielāka būs spriedze.
Savos eksperimentos, tāpat kā klasikā, mēs izmantojām varu un cinku.Kad plāksnes ir iegremdētas elektrolītā, starp to un cinka plāksni, notiek ķīmiska reakcija, kuras rezultātā uz plāksnes uzkrājas negatīvi lādiņi un tā tiek negatīvi uzlādēta. Galvaniskajā šūnā notiekošās reakcijas rezultātā cinka elektrods pakāpeniski izšķīst.
Uz vara elektrodu galvaniskās šūnas darbības laikā veidojas niecīgi ūdeņraža burbuļi, kas izolē vara virsmu no elektrolīta. Parādība tiek saukta, galvaniskajā šūnā tā ir kaitīga, viņi ar to cīnās. Lai noņemtu atbrīvoto ūdeņradi, elektrolītā tiek ievadītas vielas, ko sauc par ūdeņradi. Viņu lomā bieži ir mangāna savienojumi, vara sulfāts. Vienkāršos eksperimentos var izmantot aptiekā kālija permanganātu.
Ko mēs izmantojām eksperimentam.
Ierīces un materiāli.
Galvanisko elementu montāžai kā vara elektrodus varat izmantot stiepli, stiepli, foliju. Cinku var iegūt no sausiem elementiem, var izmantot cinkotus izstrādājumus. Cinka vietā varat mēģināt izmantot alumīnija vai dzelzs elektrodu. Nātrija hlorīds elektrolītam, nedaudz mīksta montāžas stieples. Jums noteikti ir nepieciešams voltmetrs vai multimetrs, stiepļu griezēji, šķēres. Kā traukus var izmantot piemērota izmēra nemetāliskus konteinerus. Stikla, ērtākas nekā vieglas plastmasas glāzes - tās ir smagākas, stabilākas, grūtāk apgāžamas. Tas ir ļoti labi, ja ir zema sprieguma zemsprieguma slodze - vienkāršs radio, kvarca pulkstenis utt.
Stieples un skrūvju "augstsprieguma" akumulators.
Aizraujoties ar detaļu vienkāršību un saņemto salīdzinoši augsto spriegumu, mēs mēģinājām salikt šādu akumulatoru. Šeit tiek izmantots “klasisks” metālu pāris - varš-cinks. Ideja ir izmantot cinkotus stiprinājumus kā cinka elektrodu. Graciozi. Ir skaidrs, ka šāds elements nav paredzēts ilgstošai darbībai - plāns cinka slānis ātri izšķīst, tomēr tas nav svarīgi īstermiņa eksperimentam. Bet cinkotās skrūves vai zobrati visur ir pilni.
Stiepli izmanto arī kā vara elektrodu - arī plaši pieejamu materiālu, turklāt - ērtāko elementu uzstādīšanu akumulatorā - visi elementi ir savienoti virknē - plus viens līdz nākamajam mīnusam. Šajā gadījumā spriegums tiek summēts, strāva paliek nemainīga.
Sāksim darbu.
Pēc nepieciešamā skaita izvēlētā vēlamā garuma cinkoto stiprinājumu izvēles mēs atradām piemērotu vara stiepli. Tas ir tinumu vads laku izolācijā. Stieples diametrs ir aptuveni 0,5 mm.
Pole vairākas reizes notīra lakas izolāciju, ar piepūli izvelkot vadu caur vidēja lieluma divreiz salocītu slīpējošo virsmu.
Tad viņš sagatavo elektrodu pāri - zem pašvītņojošās skrūves galvas stingri iesaiņo divus vai trīs stieples pagriezienus un nogriež lieko.
Baterijas montāža - kā trauks ledus sasaldēšanai tika izmantota tvertne. Jūs varat izmantot šūnas no kārbā saldumiem, tomēr tie ir smalkāki. Pēc elektrodu uzstādīšanas uz sienām starp šūnām, mēs piepildām traukus ar elektrolītu. Mēs izmantojām galda sāls šķīdumu - ēdamkaroti ar slaidu ar 0,5 litru silta ūdens. Uzpildīšanai ir ļoti ērti izmantot medicīnisko šļirci.
Mēs atradām vēl dažas skrūves elektrodiem un pievienojām elementus akumulatoram, tas ir tas, ko mēs saņēmām. Spriegums pie lielas pretestības slodzes (digitālā voltmetra ieejas pretestība) ir ievērojams, taču pie jebkuras slodzes, lai arī cik pamanāms, tas ievērojami pazeminās.
Mēģiniet darīt līdzīgs galvaniskais elements (akumulators) ar lielākiem elektrodiem.
Kā trauku mēs izmantojām puslitra burku (divas), tajā ietilps ievērojama laukuma plāksnes. Kā elektrodus mēs paņēmām plānu vara foliju un cinku - stikla paliekas no rūpnīcas "sausa" elementa, kas tika izjaukts grafīta ražošanas laikā ugunsizturīgs pārklājums.
Mēs ar stiepļu suku notīrījām žāvētu kristālisko sāļu paliekas un ar aptuveni šķērēm izgriezām divas plāksnes ar aptuveni tādu pašu laukumu. No vara folijas izgrieziet divas atbilstošās svītras. Arī ar šķērēm. Mēs ieguvām divus elektrodu pārus, kas bez papildu piebūves aprīkoja mūsu elementus, saliekot to malas uz kārbas kakla.
Lielākā traukā mēs sagatavojām elektrolītu - nātrija hlorīdu, izšķīdināja siltā ūdenī, koncentrācija bija vienāda un sagatavotos elementus ielej.
Divus elementus mēs savienojām virknē, izmantojot montāžas stieples gabalu un divus krokodila skavas. Tātad, jauki, akumulatora spriegums ir tuvu standarta "pirkstam", mēģiniet izmantot. Elektromehāniskajos pulksteņos tiek izmantots viens elements ar spriegumu 1,5 V, turklāt pulksteņa pašreizējais patēriņš ir ļoti mazs, un mūsu akumulators spēs to pārspīlēt.
No pulksteņa mēs izņēmām standarta akumulatoru un piestiprinājām montāžas stieples gabalu ar spailēm. Novērojot polaritāti (vara plāksne - "+", cinks - "-"), mūsu pulksteni savienoja ar maiņas akumulatoru, voila! Pulkstenis darbojas, spriegums "nogrimst" līdz 1,3 V. Pulkstenis lieliski darbojās vairākas stundas, līdz mēs visi lielījāmies (lai arī kā burve!), Tad mēs nogurstam.
Uz trasi.
Jebkura bērna iekšējā konstitūcija ir tāda, ka uzmanība vienam priekšmetam, viņš spēj koncentrēt ne vairāk kā 15 ... 20 minūtes, un visas nodarbības ar bērniem ir jāplāno tā, lai tās tajā laikā iederas, vai pārslēdzas starp dažādām nodarbībām, pretējā gadījumā jūs abi mocīsit.
Kā slodzi labāk ir piemērot to neatkarīgi no tā, vai tā kustas vai ir gaiša - voltmetra skaitļi atstāj iespaidu uz prātu, bet ne uz sirdi. Papildus pulksteņiem un kalkulatoriem tas noteikti izraisīs apbrīnu, darbu no maza radio uztvērēja mājās gatavota akumulatora (kā izvēles iespēju - mājās gatavotu!).
Ilgstošai lietošanai šūnu elektrolīti jāaizsargā no putekļiem un iztvaikošanas, kā arī jārūpējas par depolarizatoru - labi, vismaz aizsērējot burku ar plastmasas plēves gabalu ar elastīgo joslu un pievienojot kālija permanganātu elektrolītam. Turklāt labāk ir nekavējoties savākt minēto Popova elementu.
Papildus cinkotām pašvītņojošām skrūvēm ir iespējams izmantot cinkotu lokšņu tēraudu, lieliem elementiem tas ir ērtāk - eksperimenta laikā jūs varat iegūt ievērojamu strāvu un jaudu neatkarīgi no tā (pārvietojot pirkstus gaisā).
Izmantotās literatūras saraksts.
1. P. Strelkovs. Zini un spēj. Pioneer elektrotehniķis. Detgiz. 1960. gads
2. V. S. Pološins, V. G. Prokopenko. Seminārs par ķīmijas mācīšanas metodiku. Maskava, "Apgaismība", 1989, 202., 203. lpp.