ไฟฟ้าและแสงจากมะนาว: 3 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

เมื่อ 200 กว่าปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Alessandro Volta ได้คิดค้นแบตเตอรี่จริงตัวแรก ในการทดลองวิทยาศาสตร์ในห้องเรียนนี้ เราสามารถสร้างแบตเตอรี่ที่คล้ายกันมาก ซึ่งโวลตาคิดค้นขึ้นใหม่โดยใช้อะไรมากไปกว่ามะนาวและโลหะสองชิ้น มันทรงพลังพอที่จะจุดไฟ LED เรากำลังสร้างแสงจากมะนาวจริงๆ !

อีกอย่าง… แบตเตอรีของโวลตาใช้ทองแดง สังกะสี และผ้าชุบน้ำเกลือ ในการทดลองของเรา เราจะใช้ทองแดง แมกนีเซียม และมะนาว แต่ทฤษฏีก็เหมือนกัน เรากำลังใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

โครงการนี้มีไว้สำหรับนักเรียนที่มีอายุระหว่าง 10-15 ปี (เกรด 5-9) ของสหรัฐอเมริกา นักเรียนที่มีอายุมากกว่าควรสามารถทำโครงงานให้เสร็จได้โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือ และหาสาเหตุที่วงจรไม่ทำงาน (เช่น การเชื่อมต่อระหว่างมะนาวไม่ดี เป็นต้น)

โปรเจ็กต์นี้สมบูรณ์แบบสำหรับชั้นเรียนฟิสิกส์หรือวิทยาศาสตร์ทั่วไป แต่ยังสามารถขยายไปยังชั้นเรียนไอทีได้อีกด้วย มันจะทำให้นักเรียนของคุณคิดว่าโทรศัพท์มือถือของพวกเขาได้พลังงานมาจากที่ใด ชั้นเรียนแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า

เสบียง

• มะนาวครึ่งลูกหั่นเป็น 3 ส่วน (เช่น 3 x 1/6 ของมะนาว)
• ลวดทองแดงบางเส้น (รวมทั้งหมดประมาณ 12 นิ้ว (20 ซม.)) - นี่คือลวดที่ใช้ในเต้ารับไฟฟ้าในบ้านของคุณ หากคุณรู้จักช่างไฟฟ้า พวกเขาแน่ใจว่ามีจุดตัดหลายจุดที่คุณสามารถใช้ได้ มิฉะนั้นจะมีขายตามร้านฮาร์ดแวร์ทุกแห่ง
• ริบบิ้นแมกนีเซียมบางส่วน (ทั้งหมดประมาณ 3 นิ้ว (10 ซม.)) - มีจำหน่ายออนไลน์ในราคาประมาณ $3 ต่อหลา (1 ม.) หากคุณหาไม่ได้แล้ว ตะปู "สังกะสี" ก็ใช้ได้เช่นกัน (แต่ไม่ดีเท่า) สิ่งเหล่านี้คือ ตะปูเคลือบสังกะสี ร้านฮาร์ดแวร์ ก็จะมี พวกมันดูเป็นสีเทาและหมองคล้ำเมื่อมอง (เช่น ไม่เงา)
• LED (LED 3v ปกติ) ให้หลีกเลี่ยง Blue เนื่องจากบางครั้งพวกเขาต้องการพลังงานมากขึ้นในการจุดไฟ

ขั้นตอนที่ 1: เตรียมวัสดุและสร้างเซลล์

นำมะนาว 1/2 ลูก หั่นเป็น 3 ส่วนตามภาพ

ถัดไปตัดลวดทองแดง 2 ชิ้นยาวประมาณ 1" ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มียางหุ้มรอบสาย ควรจะเป็น "สีทองแดง":-)

สุดท้าย ริบบิ้นแมกนีเซียม 3 ชิ้น ยาวประมาณ 1 นิ้ว (ใช้กรรไกรตัดง่าย)

เรากำลังจะสร้างแบตเตอรี่ขนาดเล็ก 3 ก้อน (หรือ "เซลล์") แบตเตอรี่แต่ละก้อนประกอบด้วยส่วนมะนาว ขั้วทองแดง และขั้วแมกนีเซียม

ทำไมเราต้องการแบตเตอรี่ 3 ก้อนที่คุณถาม ? แบตเตอรี่แต่ละก้อนจะผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 1 โวลต์ แต่ LED ต้องการไฟฟ้าประมาณ 3 โวลต์จึงจะใช้งานได้ ดังนั้นถ้าเราต่อแบตเตอรี่ 3 ก้อนติดต่อกัน เราจะมี 3 โวลต์ มันควรจะเหมาะที่จะจุดไฟ LED

ขั้นตอนที่ 2: ต่อแบตเตอรี่ 3 ก้อนในแถว

เรามีแบตเตอรี่ 3 ก้อน ตอนนี้เราต้องเชื่อมต่อกันเป็นแถว

สิ่งสำคัญในขั้นตอนนี้คือขั้วทองแดงจากแบตเตอรี่หนึ่งก้อนเชื่อมต่อกับขั้วแมกนีเซียมของแบตเตอรี่ก้อนถัดไป วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเช่นนี้คือการงอลวดทองแดงเพื่อบีบลงบนแมกนีเซียมเพื่อเชื่อมต่อให้แน่น

หากคุณเชื่อมต่อทองแดงกับทองแดงหรือแมกนีเซียมกับแมกนีเซียมของแบตเตอรี่แต่ละก้อนโดยไม่ได้ตั้งใจ โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่จะตัดกัน เหมือนกับการใส่แบตเตอรี่ก้อนหนึ่งในรีโมทคอนโทรลของทีวีผิดทาง รีโมตจะไม่ทำงาน

ตอนนี้เรามีแบตเตอรี่ 3 ก้อนในแถว

ขั้นตอนที่ 3: เชื่อมต่อ LED และปล่อยให้มีแสง

ในที่สุดเราสามารถเชื่อมต่อ LED กับขั้วซ้ายสุดของแบตเตอรี่ด้านซ้ายและขั้วขวาสุดของแบตเตอรี่ด้านขวาเพื่อให้วงจรไฟฟ้าถูกสร้างขึ้น

แต่เดี๋ยวก่อน - ไฟ LED มีความเฉพาะเจาะจงมากในการเชื่อมต่อ คุณจะเห็นว่าขาข้างหนึ่งของ LED ยาวกว่าขาอีกข้างหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า "แอโนด" ซึ่งต้องเชื่อมต่อกับด้านบวก (+) ของแบตเตอรี่ ขาที่สั้นกว่าเรียกว่า "แคโทด" ซึ่งต้องเชื่อมต่อกับด้านลบ (-) ของแบตเตอรี่

แต่อันไหนเป็นขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่มะนาว ?

…..ทองแดงเป็นค่าบวก (+) ดังนั้นให้ต่อขายาวของ LED กับลวดทองแดง และต่อขาสั้นของ LED เข้ากับขั้วแมกนีเซียม

และเดี๋ยวก่อน LED ควรสว่าง หากคุณบีบมะนาวเป็นเซ็กเมนต์ คุณอาจเห็นไฟ LED สว่างขึ้นเนื่องจากน้ำจะไหลออกมามากขึ้น ทำให้เชื่อมต่อกับขั้วได้ดีขึ้น

แล้ววิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังเวทย์มนตร์นี้คืออะไร?

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างขั้วโลหะสองขั้ว (เรียกว่า "อิเล็กโทรด") น้ำมะนาวช่วยในปฏิกิริยา (เรียกว่า "อิเล็กโทรไลต์") เมื่อปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น จะมีการสร้าง "อิเล็กตรอน" พิเศษขึ้นมา ซึ่งจะไหลไปตามวงจรเข้าสู่ LED จากนั้น LED จะแปลงอิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นแสง

ดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับขั้วถ้าคุณปล่อยให้ LED เชื่อมต่อเป็นเวลาสองสามชั่วโมง - ฉันเกรงว่าคุณจะไม่ได้คิดค้นแบตเตอรี่ที่จะคงอยู่ตลอดไป!

คุณสามารถลองด้วยเซลล์เพียง 2 เซลล์เท่านั้น ไฟ LED จะสว่างแต่จะหรี่ลง ด้วยเซลล์เพียงเซลล์เดียวแน่นอนว่าแรงดันไฟฟ้าจะต่ำเกินไปที่จะให้แสง LED แต่ไปข้างหน้าและลอง

แบตเตอรี่มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์พกพาและรถยนต์ไฟฟ้า คลาสนี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่มาไกลในช่วง 200 ปีที่ผ่านมา แต่ก็ยังมีอีกมากสำหรับการปรับปรุง…บางทีโทรศัพท์มือถือของคุณอาจใช้งานได้ในไม่ช้า ต้องชาร์จปีละครั้ง !

หากคุณหาริบบิ้นแมกนีเซียมไม่เจอ:

สุดท้าย หากคุณไม่มีแมกนีเซียม คุณสามารถทดลองใช้สังกะสีได้เช่นเดียวกับที่อเลสซานโดร โวลตาทำแทนแมกนีเซียม (สามารถใช้ตะปูสังกะสีบางตัว (เรียกว่า "สังกะสี") ได้) แต่คุณอาจต้องใช้มากกว่า 3 เซลล์ เนื่องจากสังกะสีจะผลิตได้เพียง 0.9 โวลต์ต่อเซลล์ เมื่อเทียบกับแมกนีเซียมที่มากกว่า 1 โวลต์