Atrodoties tuksneša salā, mūsdienu Robinsons varēja izbaudīt atskaņotāja, viedtālruņa vai kabatas lukturīša izmantošanas prieku ar nosacījumu, ka viņš var iegūt elektrību no kokosriekstiem un banāniem.
Protams, daudzi fizikas kursi atceras vai ir dzirdējuši, ka no parastajiem kartupeļiem un ne tikai no tiem jūs varat dabūt elektrību.
Kas tam ir vajadzīgs, un vai šādā veidā ir iespējams iedegt zema enerģijas patēriņa lukturīti, LED pulksteni, kuru darbina apaļas baterijas ar 1–2 voltu spriegumu, vai likt darboties radio uztvērējam?
Jā un nē, apskatīsim tuvāk.
Lai saprastu, ka spriegums no kartupeļa nav izdomājums, bet ļoti reāla lieta, pietiek ar to, lai asas zondes no multimetra salīmētu vienā kartupelī, un ekrānā uzreiz redzēsit vairākus milivoltus.
Ja nedaudz sarežģījāt struktūru, piemēram, vienā pusē bumbuļos ievietojiet vara elektrodu vai bronzas monētu un otrā pusē kaut ko alumīnija vai cinkotu, tad sprieguma līmenis ievērojami palielināsies.
Kartupeļu sula satur izšķīdinātus sāļus un skābes, kas būtībā ir dabīgs elektrolīts.
Reklāmas video:
Starp citu, citronus, apelsīnus, ābolus var izmantot ar vienādiem panākumiem. Tādējādi visi šie produkti var barot ne tikai cilvēkus, bet arī elektriskās ierīces.
Šādos augļos un dārzeņos oksidācijas dēļ elektroni izkļūst no iegremdētā anoda (cinkota kontakta). Un viņus piesaistīs cits kontakts - varš. Tomēr nejaucieties, šeit elektrība netiek ražota tieši no kartupeļiem. Tas ir labi ražots tieši pateicoties ķīmiskajiem procesiem starp trim elementiem:
- cinks
- vara
- skābe
Un tieši cinka kontakts šeit kalpo par palīgmateriālu. Visi elektroni izplūst no tā. Noteiktos apstākļos pat māla augsne var nodrošināt elektrību. Galvenais nosacījums ir tā skābums.
Zemes akumulators
Augsnes paaugstināts skābums ir problēma agronomiem, bet prieks - elektromehāniķiem. Ūdeņraža un alumīnija jonu saturs zemē ļauj burtiski pielīmēt katlā divus nūjas (kā parasti, cinku un varu) un saņemt elektrību. Mūsu rezultāts ir 0,2 V. Lai uzlabotu rezultātu, augsne jādzer.
Ir svarīgi saprast, ka elektrību neražo no citrona vai kartupeļiem. Tā nepavisam nav organisko molekulu ķīmisko saišu enerģija, kuru mūsu ķermenis absorbē pārtikas patēriņa rezultātā. Elektroenerģiju ģenerē ķīmiskās reakcijās, kurās iesaistīts cinks, varš un skābe, un mūsu akumulatorā nagla kalpo kā patērējams.
Baterijas salikšana no kartupeļiem
Tātad, lūk, kas jums nepieciešams, lai saliktu vairāk vai mazāk ietilpīgu akumulatoru:
Kartupeļi, vairāki gabali, jo viens būs maz noderīgs.
Varš, vēlams vienkodolu stieples, jo lielāks šķērsgriezums, jo labāk.
Cinkotas un vara naglas vai skrūves (var izmantot tikai stiepli).
Naglas spēlēs galveno lomu lukturīša elektrības ražošanā, cinkoti naglas ir negatīvs kontakts (anods), ar vara pārklājumu naglas ir plus (katods).
Ja jūs izmantojat vienkāršus nagus, nevis cinkotus, tad spriegumā zaudēsit līdz 40-50%. Bet kā risinājums tas joprojām darbosies.
Tas pats attiecas uz alumīnija stieples izmantošanu naglu vietā. Tajā pašā laikā attāluma palielināšanās starp elektrodiem vienā kartupelī nespēlē īpašu lomu.
Paņemiet vara stieples (mono kodolu), kuru šķērsgriezums ir 1,5–2,5 mm2, 10–15 cm garš. Noņemiet tos no izolācijas un piesiet tos neļķei.
Vislabāk, protams, ir lodēt, tad sprieguma zudumi būs daudz mazāki.
Viena vara nagla vienā stieples pusē un cinkota otrā.
Tālāk izklājiet kartupeļus un konsekventi tiem pielīmējiet nagus. Šajā gadījumā katrā bumbuļā no dažādiem stiepļu pāriem ir iestrēdzis dažādi naglas. Tas ir, katram kartupelim jums vajadzētu būt vienam cinka un viena vara kontaktam.
Dažādi bumbuļi ir savienoti viens ar otru, tikai caur nagiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem - vara + cinka - vara + cinka utt.
Sprieguma mērījumi
Pieņemsim, ka jums ir trīs kartupeļi, un jūs tos savienojāt, kā aprakstīts iepriekš. Lai uzzinātu, kāds ir spriegums, izmantojiet multimetru.
Pārslēdziet to līdzstrāvas sprieguma mērīšanas režīmā un pievienojiet mērīšanas zondes galējo kartupeļu vadītājiem, t.i. uz sākotnējo pozitīvo kontaktu (varš) un galīgo negatīvo kontaktu (cinks).
Pat trīs vidēja lieluma kartupeļi var radīt gandrīz 1,5 voltus.
Ja tomēr maksimāli samazina visas pārejas pretestības, un tam:
- izmantojiet nevis naglu kā vara elektrodu, bet gan pašu vadu, ar kuru ķēde ir samontēta
- kontaktos izmantojiet lodēšanu
tad tikai 4 kartupeļi spēj radīt līdz 12 voltiem!
Ja lēto lukturīti darbina trīs AA baterijas, tad veiksmīgai mirdzēšanai būs nepieciešami apmēram 5 volti. Tas ir, ja izmantojat parastos vadus, jums ir nepieciešams vismaz trīs reizes vairāk kartupeļu.
Šim, starp citu, nav nepieciešams meklēt papildu bumbuļus, pietiek ar to, lai esošos sagrieztu vairākās daļās ar nazi. Pēc tam veiciet to pašu procedūru ar vadiem un tapām.
Katrā sagrieztā bumbuļā ievietojiet vienu cinkotu un vienu vara tapu. Tā rezultātā ir pilnīgi iespējams iegūt pastāvīgu spriegumu, kas pārsniedz 5,5 V.
Vai teorētiski ir iespējams iegūt 5 voltus no viena kartupeļa un vienlaikus pārliecināties, ka viss agregāts nav lielāks par pirksta akumulatoru? Tas ir iespējams un ļoti viegli.
No kartupeļiem nogrieziet mazus serdeņa gabaliņus un novietojiet tos starp plakaniem elektrodiem, piemēram, dažādu metālu (bronzas, cinka, alumīnija) monētām.
Galu galā jums vajadzētu beigties ar kaut ko līdzīgu sviestmaizei. Pat viens šāda komplekta gabals spēj piegādāt līdz 0,5 V!
Un, ja jūs savācat vairākus no tiem kopā, tad izejā būs viegli iegūt nepieciešamo vērtību līdz 5 V.
Strāvas stiprums
Šķiet, ka viss, mērķis ir sasniegts, un atliek tikai atrast veidu, kā savienot vadu ar lukturīša vai gaismas diožu strāvas kontaktiem.
Tomēr, veicot šo procedūru un salikusi ne pārāk vāju vairāku karšu konstrukciju, jūs būsiet ļoti vīlušies par gala rezultātu.
Zema enerģijas patēriņa gaismas diodes, protams, mirdzēs, galu galā jūs joprojām saņēmāt spriegumu. Tomēr to mirdzuma spilgtuma līmenis būs katastrofiski vājš. Kāpēc tas notiek?
Jo diemžēl šāda galvaniska šūna dod nenozīmīgu strāvu. Tas būs tik mazs, ka pat visi multimetri to nevar izmērīt.
Kāds domās, tā kā nepietiek strāvas, jāpievieno vairāk kartupeļu, un viss izdosies.
Protams, ievērojams bumbuļu pieaugums palielinās darba spriegumu.
Kad virkne ir savienoti desmitiem un simtiem kartupeļu, spriegums palielināsies, bet vissvarīgākais nebūs - pietiekama jauda, lai palielinātu strāvas stiprumu.
Un viss šis dizains nebūs racionāli piemērots.
Praktiskais veids ar vārītiem kartupeļiem
Bet tomēr, vai ir vienkāršs veids, kā palielināt šāda akumulatora jaudu un samazināt tā izmēru? Jā tur ir.
Piemēram, ja šim nolūkam jūs izmantojat nevis neapstrādātus, bet vārītus kartupeļus, tad šāda elektrības avota jauda palielinās vairākas reizes!
Ērtam kompaktam dizainam izmantojiet veco C (R14) vai D (R20) akumulatoru.
Noņemiet visu saturu iekšpusē (protams, izņemot grafīta stieni).
Tā vietā, lai aizpildītu, piepildiet visu vietu ar vārītiem kartupeļiem.
Pēc tam salieciet akumulatoru apgrieztā secībā.
Šeit būtiska loma ir vecā akumulatora korpusa cinka daļai.
Iekšējo sienu kopējā platība ir daudz lielāka nekā tikai neļķes iestrēguši neapstrādātos kartupeļos.
Tādējādi ir liela jauda un efektivitāte.
Viens šāds barošanas avots viegli piegādātu gandrīz 1,5 voltus, tāpat kā mazs AA akumulators.
Bet mums vissvarīgākais ir nevis volti, bet miliamps. Tātad, šāds "vārīts" jauninājums spēj nodrošināt strāvu līdz 80mA.
Šīs baterijas var barot uztvērēju vai elektronisko LED pulksteni.
Turklāt viss montāža darbosies nevis sekundes, bet vairākas minūtes (līdz desmit). Vairāk bateriju un kartupeļu, vairāk akumulatora darbības laika.
Citronu akumulators
Acetic akumulators. Ledus kuba paliktnis var palīdzēt jums izveidot vairāku šūnu akumulatoru, kura elektrolīts ir etiķis. Kā elektrodus izmantojiet cinkotas skrūves un vara stiepli. Pēc akumulatora piepildīšanas ar etiķi un tam pieslēgtu LED lampu, mēģiniet pakāpeniski piepildīt un maisīt šūnās galda sāli: mūsu acu priekšā pieaugs mirdzuma spilgtums.
Sulīgi augļi, jauni kartupeļi un citi pārtikas produkti var kalpot kā ēdiens ne tikai cilvēkiem, bet arī elektriskām ierīcēm. Lai no viņiem iegūtu elektrību, jums ir nepieciešams cinkots nags vai skrūve (tas ir, gandrīz jebkura nagla vai skrūve) un vara stieples gabals. Lai reģistrētu elektrības klātbūtni, lieti noderēs sadzīves multimetrs, un LED spuldze vai pat ventilators, ko darbina baterijas, palīdzēs skaidrāk parādīt panākumus.
Ielieciet citronu rokās, lai sadalītu iekšējās starpsienas, bet nesabojātu mizu. Ievietojiet naglu (skrūvi) un vara stiepli tā, lai elektrodi būtu pēc iespējas tuvāk viens otram, bet nepieskaras. Jo tuvāk elektrodi, jo mazāka iespēja, ka tie tiks atdalīti ar starpsienu augļa iekšpusē. Savukārt, jo labāka ir jonu apmaiņa starp elektrodiem akumulatora iekšienē, jo lielāka ir tā jauda.
Eksperimenta būtība bija novietot vara un cinka elektrodus skābā vidē, vai tā būtu citronu vai etiķa vanna. Nagu kalpos kā negatīvs elektrods vai anods. Vara stiepli apzīmē kā pozitīvu elektrodu vai katodu.
Skābā vidē uz anoda virsmas notiek oksidācijas reakcija, kuras laikā izdalās brīvie elektroni. Katrs cinka atoms atstāj divus elektronus. Varš ir spēcīgs oksidētājs, un tas var piesaistīt cinka izdalītos elektronus. Ja aizverat elektrisko ķēdi (pievienojiet spuldzi vai multimetru improvizētai baterijai), caur to caur anodiem uz katodu plūdīs elektroni, tas ir, ķēdē parādīsies elektrība.