Зависимость напряжения в лимоне от используемых металлов

Введение

Однажды в Интернете я увидел видеоролик о том, как с помощью шести лимонов можно зажечь электрическую лампочку. Суть опыта заключалась в следующем. В лимон вставлялись медная проволока и железный гвоздь. Затем медная проволока одного лимона соединялась с помощью провода с гвоздем другого лимона и так далее, пока все шесть лимонов не будут соединены между собой. Мультиметром измеряли напряжение, оно оказалось равным около 6 вольт. Цепь замыкали с помощью электрической лампочки, которая загоралась. Я заинтересовался этим фактом и решил проверить, действительно ли это так. Собрав точно такую же цепь, я измерил напряжение. У меня получилось 2,8 вольт, то есть почти в 2 раза меньше, чем в видеоролике. Я стал искать причину и в одной из книг прочитал, что вместо железного гвоздя можно использовать цинковую пластинку [2.102], которую можно получить из батарейки. Заменив железный гвоздь на цинковую пластину, я получил напряжение 5,8 вольт (ПРИЛОЖЕНИЕ I). Тогда я выдвинул гипотезу: напряжение, которое вырабатывается с помощью лимона, зависит от того, какие металлы используются. Эту гипотезу я решил проверить с помощью ряда опытов.

Цель моей работы – экспериментально проверить, как зависит напряжение в лимоне от используемых металлов.

Задачи:

1) Подобрать пару металлов, между которыми в лимоне возникает напряжение;
2) Измерять возникающее напряжение с помощью мультиметра;
3) Отразить полученные результаты в виде схемы, таблицы или графика.

Лимон с вставленными в него различными металлами является простейшей батарейкой, так называемым гальваническим элементом. С помощью батарейки можно зажечь лампочку, за счет батарейки работают многие устройства, которые использует человек: плеер, пульт дистанционного управления, детские игрушки. Как можно изготовить батарейку в домашних условиях, чтобы хотя бы на короткое время заменить вышедшую из строя? В этом я вижу актуальность своей работы.

Из истории создания батарейки

Первую батарею изготовил в 1800 году Алессандро Вольта [3.99]. Она состояла из набора цинковых и медных дисков, разделенных кусками бумаги, пропитанными соляным раствором. Диски укладывались один на другой в виде столба. Соединив медным проводом первый диск из цинка с последним медным диском, Вольта получил ток в результате химической реакции между медью, цинком и соляным раствором. Чем больше размер пластинок, тем больше тока они пропускают. С увеличением числа медных и цинковых пластинок, проложенных бумагой, растет и напряжение. Как только соль в растворе истощалась, электрический ток исчезал. Таким образом, Вольта открыл, что электрический ток возникает между двумя разными металлами, если эти металлы находятся в соответствующем контакте между собой [1.177]. В честь ученого с 1881 года единица измерения напряжения называется “вольт” (В) [3.99].

У Алессандро Вольта не было приборов для измерения тока и напряжения. Он пользовался собственным языком. Чтобы проверить, заряжена ли батарейка, можно коснуться языком контактов: почувствуется пощипывание. Так же поступал и Вольта. Он пропускал ток по языку и отмечал более или менее кислый вкус [3.101].

Самые распространенные в настоящее время – цинково-угольные батареи, они самые дешевые. У отрицательного полюса находится цинковый стаканчик, у положительного – угольный стержень, а в качестве электролита между ними применяют раствор едкого калия. По мере использования батареи цинковый стаканчик растворяется, и батарея в конце концов выходит из строя.

Устройство батарейки

Батареи превращают химическую энергию в электрическую, постепенно вырабатывая свой ресурс. Процесс этот необратим. Только аккумуляторы можно перезаряжать до тысячи раз. В автомобилях применяются свинцовые аккумуляторы. Аккумулятор состоит из двух свинцовых электродов, между которыми находится электролит – кислота. Аккумулятор питает энергией стартер: он нужен, чтобы завести мотор. Заряжается аккумулятор за счет генератора во время движения [3.99].

В моем опыте с лимоном железо (или цинк) выпускает электроны, а медь принимает их. Железо (или цинк) называют неблагородным металлом, а медь – благородным. Лимон используется как электролит – содержащаяся в нем лимонная кислота проводит ток между железом (или цинком) и медью. Стоит соединить металлы, и по ним потечет ток [3.99].

Изучение зависимости напряжения в лимоне от используемых металлов

Для своих опытов я попросил маму купить в магазине лимонов. Металлами я воспользовался теми, которые оказались наиболее доступными: цинковую полоску вырезал из корпуса батарейки, железо – гвоздь, медь получил из медного провода, предварительно удалив с него изоляцию, полоску алюминия отрезали из коллекции демонстрационного материала “Алюминий и его сплавы”, олово – из набора для паяния. Свинцовая проволока нашлась у руководителя. Всего я взял 6 металлов (ПРИЛОЖЕНИЕ II). Пробовал проводить опыты с серебром и золотом в ювелирных украшениях, но мультиметр показывал нулевые значения. Учитель мне объяснил, что опыт не удается потому, что ювелирные украшения изготовлены из сплавов.

В лимон воткнул медную проволоку. В качестве второго металла поочередно брал железо, олово, алюминий, свинец, цинк. Комбинацию металлов отразил в схеме:

Варианты комбинации металлов

У каждой пары металлов измерял напряжение. Полученные результаты занес в таблицу:

Из таблицы видно, что между двумя различными металлами возникает разное напряжение. Руководитель объяснил мне, что выбранные мною металлы можно расположить в ряд: Al, Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, который так и называется “Ряд напряжений металлов”. Чем дальше в этом ряду находятся металлы друг от друга, тем большее напряжение возникает между ними. Вот почему когда я заменил железный гвоздь на цинковую пластинку, напряжение увеличилось почти в 2 раза.

Я решил проверить, действительно ли напряжение между металлами зависит от их положения в ряду напряжений металлов.

Из схемы видно, что в каждом ряду (Sn – Cu, Fe – Cu, Zn – Cu, Al – Cu) напряжение увеличивается. Таким образом, напряжение между металлами зависит от их положения в ряду: чем дальше металлы расположены друг от друга, тем больше между ними напряжение.

Выводы

При выполнении данной работы я узнал много нового и интересного:

1. Познакомился с устройством батарейки.
2. Узнал, что некоторые фрукты, например, лимоны могут создавать напряжение, достаточное для того, чтобы зажечь маломощную лампу.
3. Металлы в химии называются на латинском языке.
4. Металлы расположены в ряд, который называется “Рядом напряжений металлов”.
5. Чем дальше друг от друга в этом ряду расположены металлы, тем большее напряжение возникает между ними.

Библиографический список

1. Большая книга экспериментов для школьников/ Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. – М.: ЗАО “РОСМЭН-ПРЕСС”, 2006
2. Ди Специо М. Занимательные опыты: Электричество и магнетизм/ М. Ди Специо; Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: ООО “Издательство АСТ”: ООО “Издательство Астрель”, 2004
3. Научные эксперименты дома. Энциклопедия для детей/ Пер. с нем. П. Лемени-Македона. – М.: Эксмо, 2012
4. Яковлева М.А. Веселые научные опыты для детей и взрослых. Опыты в комнате/ Мария Яковлева. – М.: Эксмо, 2013

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Напряжение в лимоне, возникающее между медью и железом

Напряжение в лимоне, возникающее между медью и цинком

ПРИЛОЖЕНИЕ II

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Примеры комбинации металлов и возникающее между ними напряжение:

Pb и Sn (0,06 B)

Al и Fe (0,27 B)

Cu и Pb (0,37 B)

Автор:
Немчинов Никита,
3 класс

Руководитель:
Якушева Елена Викторовна,
учитель физики филиала

МКОУ СОШ №1
г. Сим
Аша – 2014