Les expériences techniques simples sont très utiles à faire avec les enfants, c'est passer du temps ensemble, inculquer des compétences et comprendre par de petits designers, les bases, que les pains, comme dans le célèbre dessin animé, ne poussent pas sur les arbres.
Cette fois, nous avons décidé de créer la source de courant chimique la plus simple et d'essayer de l'appliquer pour quelque chose de pratique. En ce qui concerne l'application pratique, il convient de rappeler qu'il y a quelques générations à peine, les radio-amateurs, pour fournir leurs récepteurs et amplificateurs radio à batterie, se sont vu proposer de fabriquer plusieurs types de cellules galvaniques ou de batteries pour une production indépendante. Ce sont les éléments de Leklanshe et Popov [1] p. 9 ... 18, ou batterie au plomb ou à gaz [1], p. 22 ... 28. Plusieurs éléments à courant relativement élevé ont été connectés à une batterie incandescente (filament incandescent de tubes radio), des dizaines d'éléments plus petits, à une batterie anodique, dont la tension pouvait atteindre 60 à 80 volts. Les batteries étaient «humides» - avec de l'électrolyte liquide et les soins et l'entretien requis.
Alors cellule galvanique, quelques mots "comment?" et "pourquoi?" Le courant électrique se produit lorsque les métaux interagissent. Dans ce cas, une différence de potentiel (tension) différente se produit. En 1793, Alessandro Volta, construisant une cellule galvanique (pôle Volta), établit l'activité relative des métaux alors connus: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. La «résistance» de la cellule galvanique s'est avérée être d'autant plus grande que les métaux les plus éloignés les uns des autres se trouvaient (la série de tensions).
Plus tard, pour organiser les données, le potentiel de «l'électrode à hydrogène» a été pris comme référence zéro. Après avoir mesuré le potentiel des métaux jumelés avec lui, les métaux expérimentaux ont été disposés en ligne. Le tableau résultant a été appelé la "Série électrochimique des contraintes métalliques" et dans le cabinet de chimie, doit être accroché à côté du système périodique et du portrait de Dmitry Ivanovich.
Un certain nombre de contraintes métalliques sont un engin utile, dans notre cas, nous, comme Alessandro Volta, le saurons - plus les métaux sont séparés les uns des autres, plus la tension sera élevée.
Dans nos expériences, comme les classiques, nous avons utilisé du cuivre et du zinc.Lorsque les plaques sont immergées dans un électrolyte, entre celui-ci et la plaque de zinc, une réaction chimique se produit, à la suite de laquelle des charges négatives s'accumulent sur la plaque et celle-ci est chargée négativement. À la suite de la réaction qui a lieu dans la cellule galvanique, l'électrode de zinc se dissout progressivement.
Sur une électrode en cuivre, pendant le fonctionnement d'une cellule galvanique, de minuscules bulles d'hydrogène se forment qui isolent la surface du cuivre de l'électrolyte. Le phénomène s'appelle, dans une cellule galvanique c'est nocif, ils se débattent avec lui. Pour éliminer l'hydrogène libéré, des substances appelées hydrogène sont introduites dans l'électrolyte. Dans leur rôle sont souvent des composés de manganèse, de sulfate de cuivre. Dans des expériences simples, le permanganate de potassium de pharmacie peut être utilisé.
Ce que nous avons utilisé pour l'expérience.
Appareils et matériaux.
Pour l'assemblage des cellules galvaniques, comme les électrodes en cuivre, vous pouvez utiliser du fil, du fil, du papier d'aluminium. Le zinc peut être extrait des éléments secs, des produits galvanisés peuvent être utilisés. Au lieu de zinc, vous pouvez essayer d'utiliser une électrode en aluminium ou en fer. Chlorure de sodium pour électrolyte, un peu de fil de montage souple. Vous avez certainement besoin d'un voltmètre ou d'un multimètre, d'un coupe-fil, de ciseaux. En tant que récipients, des conteneurs non métalliques d'une taille appropriée peuvent être utilisés. Verre, plus pratique que les gobelets en plastique légers - ils sont plus lourds, plus stables, plus difficiles à renverser. C'est très bien s'il y a une charge basse tension à faible courant - une simple radio, une montre à quartz, etc.
Batterie "haute tension" de fil et vis.
Fascinés par la simplicité des détails, et la tension relativement élevée reçue, nous avons tenté d'assembler une telle batterie. Une paire de métaux «classique» - cuivre-zinc - est utilisée ici. L'idée est d'utiliser des attaches galvanisées comme électrode en zinc. Gracieusement. Il est clair qu'un tel élément n'est pas conçu pour un fonctionnement à long terme - une fine couche de zinc se dissoudra rapidement, cependant, ce n'est pas important pour une expérience à court terme. Mais les vis ou pignons galvanisés sont partout pleins.
Un fil est également utilisé comme électrode en cuivre - également un matériau largement disponible, en plus - l'installation la plus pratique des éléments dans une batterie - tous les éléments sont connectés en série - plus un au moins du suivant. Dans ce cas, la tension est additionnée, le courant reste le même.
Commençons.
Après avoir sélectionné le nombre requis de fixations galvanisées de la longueur souhaitée, nous avons trouvé un fil de cuivre adapté. Il s'agit d'un fil de bobinage en isolation vernis. Le diamètre du fil est d'environ 0,5 mm.
Pole nettoie l'isolant du vernis, plusieurs fois, en tirant le fil à travers un chiffon de ponçage plié double de taille moyenne.
Ensuite, il prépare une paire d'électrodes - sous la tête d'une vis autotaraudeuse, enroule fermement deux ou trois tours de fil et coupe l'excédent.
Assemblage de la batterie - un bac a été utilisé comme conteneur pour congeler la glace. Vous pouvez utiliser des cellules de bonbons en boîte, mais elles sont plus subtiles. Après avoir installé les électrodes sur les parois entre les cellules, nous remplissons les conteneurs d'électrolyte. Nous avons utilisé une solution de sel de table - une cuillère à soupe avec une lame de 0,5 litre d'eau chaude. Pour le remplissage, il est très pratique d'utiliser une seringue médicale.
Nous avons trouvé quelques vis de plus pour les électrodes et ajouté des éléments à la batterie, c'est ce que nous avons obtenu. La tension à une charge à haute impédance (résistance d'entrée d'un voltmètre numérique) est considérable, mais à n'importe quelle charge, même si elle est perceptible, elle chute considérablement.
Essayez de faire cellule galvanique similaire (batterie) avec des électrodes plus grandes.
En tant que récipient, nous avons utilisé un pot d'un demi-litre (deux), des assiettes d'une superficie considérable y rentreront. Comme électrodes, nous avons pris une mince feuille de cuivre et de zinc - les restes d'un verre d'un élément «sec» d'usine, démonté lors de la production de graphite pour revêtement réfractaire.
Nous avons nettoyé les restes de sels cristallins séchés avec une brosse métallique et coupé deux plaques avec des ciseaux approximativement avec la même surface. À partir d'une feuille de cuivre, coupez deux bandes assorties. Aussi avec des ciseaux. Nous avons eu deux paires d'électrodes, qui ont équipé nos éléments, sans plus tarder, en pliant leurs bords sur le col de la boîte.
Dans un récipient plus grand, nous avons préparé un électrolyte - du chlorure de sodium, dissous dans de l'eau chaude, la concentration est la même et les éléments préparés sont versés.
Nous avons connecté les deux éléments en série, à l'aide d'un morceau de fil de montage et de deux pinces crocodiles. Donc, très bien, la tension de la batterie est proche du "doigt" standard, essayez de l'utiliser. Un élément d'une tension de 1,5 V est utilisé dans une montre électromécanique, en outre, la consommation de courant de la montre est très faible et notre batterie pourra la maîtriser.
Nous avons retiré la batterie standard de la montre et connecté aux bornes un morceau du fil de montage. En observant la polarité (plaque de cuivre - "+", zinc - "-"), connecté notre montre à une pile de fortune, le tour est joué! L'horloge fonctionne, la tension "descend" à 1,3 V. L'horloge a parfaitement fonctionné pendant plusieurs heures, jusqu'à ce que nous nous vantions tous (cependant un sorcier!) Puis nous nous sommes fatigués.
Pour la piste.
La constitution interne de tout enfant est telle que l'attention sur un sujet, il ne peut pas se concentrer plus de 15 ... 20 minutes, et toutes les classes avec enfants doivent être planifiées de manière à ce qu'elles s'intègrent à ce moment-là, ou basculer entre les différentes classes, sinon vous serez tous les deux tourmentés.
En tant que charge, il vaut mieux l'appliquer, qu'elle soit mobile ou lumineuse - les chiffres sur le voltmètre impressionnent l'esprit, mais pas le cœur. En plus des montres et des calculatrices, il suscitera certainement l'admiration, le travail d'une batterie maison d'un petit récepteur radio (en option - fait maison!).
Pour une utilisation à long terme, l'électrolyte des cellules doit être protégé de la poussière et de l'évaporation, et prendre soin du dépolariseur - enfin, obstruer au moins le pot avec un morceau de film plastique avec une bande élastique et ajouter du permanganate de potassium à l'électrolyte. De plus, il est préférable de collecter immédiatement l'élément mentionné de Popov.
En plus des vis autotaraudeuses galvanisées, il est possible d'utiliser de la tôle d'acier galvanisée, pour les grands éléments, c'est plus pratique - pendant l'expérience, vous pouvez obtenir un courant et une puissance importants (déplacer vos doigts dans l'air).
Liste de la littérature utilisée.
1. P. Strelkov. Savoir et pouvoir. Ingénieur pionnier en électricité. Detgiz. 1960 année
2. V.S. Polosin, V.G. Prokopenko. Atelier sur la méthodologie de l'enseignement de la chimie. Moscou, "Lumières", 1989, pp. 202,203.