الكهرباء والضوء من الليمون: 3 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

منذ أكثر من 200 عام بقليل ، اخترع الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا أول بطارية حقيقية. في هذه التجربة العلمية للفصل الدراسي ، يمكننا إعادة إنشاء بطارية مشابهة جدًا اخترعها فولتا باستخدام لا شيء سوى ليمون وقطعتين من المعدن. إنه قوي بما يكفي لإضاءة LED ، فنحن بالفعل نخلق ضوءًا من الليمون!

بالمناسبة … تستخدم بطارية فولتا النحاس والزنك وقطعة قماش مبللة بالماء المالح. في تجربتنا ، سنستخدم النحاس والمغنيسيوم والليمون ولكن النظرية واحدة ، فنحن نستخدم تفاعلًا كيميائيًا لتوليد الكهرباء.

المشروع مخصص للطلاب الذين تتراوح أعمارهم بين 10-15 عامًا (الصفوف الأمريكية 5-9). يجب أن يكون الطلاب الأكبر سنًا قادرين على إكمال المشروع دون مساعدة ومعرفة سبب عدم عمل الدائرة (على سبيل المثال ، الاتصال ليس جيدًا بين الليمون وما إلى ذلك).

يعد المشروع مثاليًا لفصول الفيزياء أو العلوم العامة ولكن يمكن أيضًا توسيعه ليشمل فئة تكنولوجيا المعلومات. ستجعل طلابك يفكرون من أين تحصل هواتفهم المحمولة على قوتهم. يوضح الفصل أن البطارية تستخدم تفاعلًا كيميائيًا لتوليد تيار كهربائي.

اللوازم

• نصف ليمونة مقطعة إلى 3 شرائح (أي 3 × 1/6 ليمونة)
• بعض الأسلاك النحاسية (حوالي 12 بوصة (20 سم) في المجموع) - هذا هو السلك المستخدم في مقابس الكهرباء في منزلك. إذا كنت تعرف كهربائيًا ، فمن المؤكد أنه يحتوي على العديد من الفواصل التي يمكنك استخدامها. وإلا فهو متاح في كل متجر لاجهزة الكمبيوتر.
• بعض أشرطة المغنيسيوم (حوالي 3 بوصات (10 سم) إجمالاً) - يتوفر هذا على الإنترنت مقابل حوالي 3 دولارات للفناء (1 متر). إذا لم تتمكن من الحصول عليه ، فستعمل المسامير "المجلفنة" أيضًا (ولكن ليس بنفس الجودة) ، فهذه هي المسامير مغطاة بالزنك ، وستكون بها مخازن الأجهزة ، وتبدو رمادية اللون وباهتة المظهر (أي ليست لامعة).
• LED (عادي 3v LED) ، تجنب اللون الأزرق لأنهم يحتاجون أحيانًا إلى مزيد من الطاقة لإضاءةهم.

الخطوة 1: تحضير المواد وصنع الخلايا

خذ 1/2 ليمونة وقطّعها إلى 3 أجزاء كما هو موضح في الصورة

قم بعد ذلك بقطع قطعتين من الأسلاك النحاسية بطول 1 بوصة. تأكد من عدم وجود درع مطاطي حول الكبل ، يجب أن يكون بلون "نحاسي":-)

أخيرًا ، 3 قطع من شريط المغنيسيوم طوله حوالي 1 بوصة (من السهل قصه بالمقص)

سنقوم بإنشاء 3 بطاريات صغيرة (أو "خلايا"). تتكون كل بطارية من قطعة ليمون وطرف نحاسي وطرف مغنيسيوم.

لماذا نحتاج 3 بطاريات تسأل؟ حسنًا ، ستنتج كل بطارية حوالي 1 فولت من الكهرباء ، لكن يحتاج مصباح LED إلى حوالي 3 فولت من الكهرباء للعمل. لذلك إذا قمنا بتوصيل 3 بطاريات متتالية ، فسيكون لدينا 3 فولت ، يجب أن يكون مثاليًا لإضاءة LED.

الخطوة 2: قم بربط 3 بطاريات متتالية

إذن لدينا 3 بطاريات ، والآن نحتاج إلى توصيلها على التوالي.

المهم في هذه المرحلة هو أن الطرف النحاسي من بطارية ما يتصل بطرف المغنيسيوم للبطارية التالية. أسهل طريقة للقيام بذلك هي ثني السلك النحاسي بحيث يضغط على المغنيسيوم لعمل اتصال محكم.

إذا قمت عن طريق الخطأ بتوصيل النحاس بالنحاس أو المغنيسيوم بالمغنيسيوم لكل بطارية ، فإن البطاريات ستلغي بعضها البعض بشكل أساسي ، مثل وضع إحدى البطاريات في جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون بطريقة خاطئة ، فلن يعمل جهاز التحكم عن بعد.

والآن لدينا 3 بطاريات متتالية.

الخطوة 3: قم بتوصيل مؤشر LED واترك الضوء

أخيرًا ، يمكننا توصيل مؤشر LED بالطرف الأيسر جدًا للبطارية اليسرى والطرف الأيمن جدًا للبطارية اليمنى بحيث يتم إنشاء الدائرة الكهربائية.

لكن انتظر - LED خاص جدًا بكيفية توصيله. سترى أن إحدى الأرجل الموجودة على LED أطول من الأخرى ، وهذا ما يسمى "الأنود" ، وهذا يحتاج إلى الاتصال بالجانب الموجب (+) من البطارية. الساق الأقصر تسمى "الكاثود" ، وهذا يحتاج إلى الاتصال بالجانب السلبي (-) للبطارية.

ولكن ما هو الموجب وما هو الطرف السالب في بطارية الليمون؟

….. النحاس موجب (+) ، لذلك قم بتوصيل الجزء الطويل من LED بالسلك النحاسي وقم بتوصيل الجزء القصير من LED بطرف المغنيسيوم.

ومرحبا المعزوفة يجب أن يضيء مصباح LED. إذا أعطيت شرائح الليمون ضغطًا ، فقد ترى توهج LED أكثر إشراقًا حيث سيتم إطلاق المزيد من العصير مما يؤدي إلى اتصال أفضل بالأطراف.

إذن ما العلم وراء هذا السحر؟

حسنًا ، يحدث تفاعل كيميائي بين طرفين معدنيين مختلفين (يسمى "الأقطاب الكهربائية") ، يساعد عصير الليمون في التفاعل (يسمى "المنحل بالكهرباء"). عندما يحدث التفاعل الكيميائي ، يتم إنشاء بعض "الإلكترونات" الإضافية التي تتدفق على طول الدائرة في الصمام الثنائي الباعث للضوء. ثم يقوم المصباح بتحويل هذه الإلكترونات إلى ضوء.

تعرف على ما يحدث للأجهزة الطرفية إذا تركت مؤشر LED متصلًا لبضع ساعات - أخشى أنك لم تخترع بطارية تدوم إلى الأبد!

يمكنك أيضًا المحاولة باستخدام خليتين فقط ، يجب أن يضيء المصباح ولكنه سيكون باهتًا. مع وجود خلية واحدة فقط بالتأكيد سيكون الجهد منخفضًا جدًا بحيث لا تتمكن من إضاءة LED ولكن المضي قدمًا والمحاولة.

أصبحت البطاريات أكثر وأكثر أهمية لتشغيل أجهزتنا المحمولة القوية والسيارات الكهربائية ، يوضح هذا الفصل أن تكنولوجيا البطاريات قد قطعت شوطًا طويلاً في الـ 200 عام الماضية ولكن لا يزال هناك مجال كبير للتحسين … ربما قريبًا سيفعل هاتفك المحمول فقط بحاجة للشحن مرة واحدة في السنة!

إذا لم تتمكن من العثور على شريط المغنيسيوم:

أخيرًا ، إذا لم يكن لديك أي مغنيسيوم ، يمكنك أيضًا تجربة التجربة باستخدام الزنك تمامًا كما فعل أليساندرو فولتا بدلاً من المغنيسيوم (يمكن استخدام بعض المسامير المطلية بالزنك (تسمى "المجلفنة") ولكن قد تحتاج إلى استخدام أكثر من 3 خلايا لأن الزنك سينتج حوالي 0.9 فولت فقط لكل خلية مقارنة بأكثر من 1 فولت مع المغنيسيوم.