你知道可以用一块水果制成电池吗?


有关概念

电力、电池、电化学反应、电导体


简介

你能想象如果没有电池,您的生活将发生哪些改变?如果不是通过电池这种便捷的方式存储电能,我们将无法使用所有的便携式电子设备,例如手机、平板电脑和笔记本电脑。为了保持正常运行,许多其他物品(从遥控汽车到手电筒再到助听器)也需要从电池中获得电源。

1800年,亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)发明了第一个电池,从那以来,科学家们一直在努力改进设计。如果我们考虑所有这些改进设计并将其实施到我们准备做的电池中,你可能会感到的挫败感,因为这些设计实在是太复杂了!但是,你可能也可以轻松地用家用材料制造一个电池,这可能会让你感到惊讶。试一试,它可能激发你和孩子们的想象力!


技术背景

电池是存储化学能的容器,化学能可以转换为电能。电池依靠电化学反应来完成能量转换,该反应通常在两块金属(称为电极)和液体或浆液(称为电解质)之间发生。为了使电池正常工作,电极必须由两种不同类型的材料制成,不同类型的电极与电解质的反应方式不同,这种差异就是电池产生电的原因。将两个电极与可以良好导电的材料(称为导体)相连,化学反应立即开始,电池开始发电!在建立连接时,电流“喜欢”沿着电阻最小的路径移动。如果有多种方法可以将一个电极连接到另一电极,则电流将沿着最容易流动的路径流动。

现在你已经了解了电池的基本知识,让我们研究一下如何用一些家用材料制作电池。

首先,关于导体,铝箔是很好的导体,电流很容易流过它,人体也导电,但不如铝箔导电性能好。

至于电极,你藏在存钱罐中的铜质硬币(5毛硬币)就是很好的电极材料。

至于电解质,它们遍布厨房中,柠檬汁就是很好的原料。

总之,一个简单的家用电池可能比您想象的要容易制造!


材料

·  至少两个硬币

·  水

·  几滴肥皂液

·  纸巾

·  铝箔(至少9cm×60cm)

·  剪刀

·  尺子

·  至少一个柠檬(最好带一点薄薄的皮)

·  盘子

·  刀(使用时需要成人的帮助)

·  至少两个塑料涂层的回形针


准备工作

·  用肥皂液清洗硬币,然后用清水冲洗并用纸巾擦干,这样可以清除所有粘附在其上的污垢。

·  小心地切出三个铝箔矩形,每个矩形3cm×20cm。

·  将每条铝箔沿着纵向折叠,得到三个坚固的1cmx 20cm的铝条。

注意:在此活动中,您将制作一个非常低电压的电池。这种自制电池产生的电量是安全的,您甚至可以通过触摸手指并感觉到微弱的电流来对其进行测试。但是,较高的电压可能非常危险甚至致命,您不应尝试使用商用电池或壁装电源插座。


制作过程

·  将柠檬放在盘子上,让大人小心地用刀在柠檬中间附近(远离两端)切出小切口。切口长约两厘米,深约一厘米。

·  再切出一个和上一步类似的小切口,两个切口大约相距一厘米并平行。

·  在第一个切口中放入一个硬币,硬币的大约一半在柠檬皮上方。硬币的下半部分应该与柠檬汁接触,因为在这里柠檬汁就是电池的电解质,与柠檬汁接触的硬币就是你的第一个电极。注意:如果您的柠檬皮很厚,您可能需要一个成年人帮助仔细切掉一些柠檬皮。

·  在第二个切口中插入其中一个铝箔条,直到确定铝条的一部分与柠檬汁接触。

·  你已经制作了一个电池!它有两个用不同金属制成的电极并由电解质将电极分开。您是否认为这个电池正在发电?还是缺少一些东西?

·  你的电池可以发电,但只有在电极与导电的物体连接时才能真正发电。请使用塑料涂层的回形针将另外一个铝箔条连接到伸出柠檬的硬币上。确保铝箔条与硬币良好接触,使电流可以在硬币和铝箔之间通过。

·  一旦两个铝箔条互相接触,就会在电池中产生电,并在两个电极间流动。因为电流是不可见,但你可以尝试亲身感受一下。将两条铝箔条保持约一厘米的距离,然后用指尖触摸它们中间,使得手指与两个铝箔条均接触。您会感到一阵刺痛,这是由少量的电能从一条铝箔穿过你的手指到另一条铝箔而产生的。

·  要获得更多的电解质(和更强烈的刺痛感),您可以制作第二个电池,该电池与第一个相同。你可以在刚刚使用的柠檬上选择一个不同的位置,或使用另一个柠檬来制造另一个电池。请注意,你仅仅只需要一个铝箔条和一个硬币即可制造第二个电池。和之前的步骤一样,在一个切口中放入一个硬币,硬币的大约一半在柠檬皮上方,使用塑料涂层的回形针将一个新的铝箔和硬币连接在一起上,新铝箔的另外一端插入柠檬中。如图所示,这样你将得到两个串联在一起的电池。

·  以与测试单个电池相似的方式测试这组连接的电池,使两个铝箔条的末端(末端为自由端)与指尖接触。你能感觉到电流的运行吗?如果你第一次感觉还好,这次有什么不同吗?


额外的知识

科学家将这样的电池的连接方式称为“串联”。你是否认为连接两个电池的方式会影响你感受到的电量?通过将两个铜电极直接相互连接并以相同的方式连接两个铝箔电极来进行对比测试。(注意:您将需要另外一条铝箔条来执行此操作。)科学家称此为“并联连接电池”。测试两种连接电池的方式并进行比较,有什么不同吗?

附加试验

尝试使用不同类型的金属作为电池的电极。您认为用两个硬币作为电极的电池会发电吗?一分钱的镍的硬币电池呢?请注意,某些组合可能会发电,但发电量可能低于您的感觉能力。连接两节或两节以上电池可能有助于你获得更高的电压。

补充

实验中,我们用柠檬为电池提供了电解液,你认为其他蔬菜或水果也可以吗? 土豆,苹果或洋葱电池能用吗?某种水果或蔬菜是否比其他水果或蔬菜更适合?通过了解电池如何发电,你认为用什么可以制造出更好的电池呢?

如果您有可用的LED(发光二极管),请检查需要多少柠檬电池才能点亮它。

在此实验中,你制作了一个非常低电压的自制电池。但是使用商用电池可能会很危险——切勿尝试使用壁装电源插座!


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