Гальванічний елемент
Дослід виконується з використанням набору "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм".
Підготовка до практичного заняття
Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності. Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням:
Мультиметр
Резистор, 100 Ом
Цинковий та мідний електроди
З'єднувальні провідники
Електрохімічна комірка
Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм" призначений для роботи групи з 4-х учнів. Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити звідси:
Підготувати додаткові матеріал для проведення експерименту (не входять в набір EdPro Amperia).
Можна скористатися лимонною кислотою, що використовується в кулінарії.
Для однієї електрохімічної комірки потрібно 50−75 г лимонної кислоти в порошку, розведеної у 100−150 мл води.
Бажано використовувати дистильовану або кип’ячену воду.
Для проведення додаткових експериментів потрібна оцтова кислота. У якості оцтової кислоти можна використовувати звичайний харчовий оцет.
Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.
Техніка безпеки
Якщо струм, який проходить через елементи електричного кола, буде більшим за 0.5 А, вони можуть вийти із ладу, ставши при цьому дуже гарячими та призвести до опіків.
Кислота, навіть слабка, потрапивши в очі, може викликати опіки та погіршення зору. При попаданні кислоти в очі, потрібно негайно промити око великою кількістю холодної води, після чого — якнайшвидше звернутися до лікаря.
Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм" доступний за посиланням:
Основні поняття та закони
Гальванічний елемент
Популярним портативним джерелом електричного струму є гальванічний елемент.
Це пара електродів, занурених в електроліт.
Батарея, зокрема звичні побутові батарейки, це послідовно або паралельно з'єднані гальванічні елементи.
Принцип дії гальванічного елемента
Частина атомів металів переходить в кислоту у вигляді йонів, при цьому електроди теж заряджаються. Для різних металів цей заряд буде різним. Якщо електричне коло замкнене, електрони протікають з одного електрода до іншого — вирівнюють електричні потенціали. Це провокує подальше розчинення іонів металів у кислоті — знову заряджаючи електроди та підтримуючи перетікання "зайвих" електронів з одного електрода на інший — в колі тече електричний струм.
Джерело електричного струму використовує неелектричні явища — сторонні сили, в цьому випадку — хімічні, щоб постійно створювати надлишок електронів на одному електроді, який називають від’ємним або катодом, та недостачу на іншому, який називають позитивним або анодом.
Напруга гальванічного елемента визначається електрохімічними потенціалами використаних електродів, температурою та концентрацією йонів у розчині.
Cu → Cu2+ + 2e-
+0.34
Fe → Fe2+ + 2e-
-0.44
Zn → Zn2+ + 2e-
-0.76
Наприклад, напруга пари Cu-Zn буде рівною або меншою за +0.34 - (-0.76) = 1.10 В.
Акумулятори
Так називають різновид батарей, у яких електрохімічні процеси оборотні — якщо через них пропускати струм, то їхній хімічний склад відновлюється.
Акумулятор накопичує енергію при пропусканні струму від іншого джерела і може її віддавати.
Сучасні акумулятори витримують сотні та тисячі циклів зарядки-розрядки.
Спроба зарядити пошкоджений акумулятор, звичайну батарейку чи просто заряджати акумулятор струмом, більшим ніж той, на який він розрахований, може призвести до вибуху чи пожежі! Ніколи так не робіть.
Характеристики акумуляторів та батарей
Напруга без навантаження. Напруга на виводах, коли до батареї нічого не під'єднано. При під'єднанні навантаження напруга падатиме.
Ємність. Час, протягом якого батарея здатна віддавати якийсь струм. Вимірюється в Ампер-годинах.
Номінальний струм розряду. Ємність вказується для розрядки номінальним струмом. За вищих струмів буде меншою.
Чим більший об’єм хімічних реагентів, тим більше енергії гальванічний елемент може віддати, але результат значно залежить від його конструкції.
Чим нижча температура (йдеться про звичні в побуті межі температури), тим менше енергії може віддати батарея і навпаки.
Літій-іонний акумулятор, що використовується в телефонах та інших портативних пристроях, може вибухнути, якщо його заряджати, коли він надміру розрядився. Тому ці пристрої обладнані спеціальними захисними електричними схемами, які вимикають телефон чи планшет ще до повної розрядки й не дають заряджати акумулятори з критично низьким зарядом. Акумулятори більшості конструкцій не люблять повного розряду!
Хід роботи з набором Amperia
Розчиняємо лимонну кислоту у воді й переливаємо розчин в електрохімічну комірку.
Поміщаємо у комірку мідний та цинковий електроди.
Складаємо коло за схемою.
Проводимо вимірювання за умови, що електроди розташовані далеко один від одного.
Проводимо вимірювання за умови, що електроди розташовані близько один до одного.
Для наочності досліду можна скористатися здатністю мультиметра EdPro транслювати зроблені ним виміри в Інтернет. Детальніше роботу із мультиметром описано в інструкції: https://amperia.edpro.ua/instruction.
Підключення блока живлення та мультиметра до мережі та комп’ютераВідео дослідів
Останнє оновлення