Der moderne Robinson befand sich auf einer einsamen Insel und konnte sich das Vergnügen gönnen, einen Player, ein Smartphone oder eine Taschenlampe zu verwenden, vorausgesetzt, er konnte Kokosnüssen und Bananen Strom entziehen.
Sicherlich erinnern sich viele der Physikkurse daran oder haben gehört, dass man von gewöhnlichen Kartoffeln und nicht nur von ihnen etwas Strom bekommen kann.
Was wird dafür benötigt und ist es auf diese Weise möglich, eine Taschenlampe mit geringem Stromverbrauch, eine LED-Uhr mit runden Batterien von 1-2 Volt, anzuzünden oder einen Funkempfänger zum Laufen zu bringen?
Und ja und nein, schauen wir uns das genauer an.
Um zu verstehen, dass die Spannung einer Kartoffel keine Fiktion ist, sondern eine sehr reale Sache, reicht es aus, scharfe Sonden von einem Multimeter in eine einzelne Kartoffel zu stecken, und Sie werden sofort mehrere Millivolt auf dem Bildschirm sehen.
Wenn Sie das Design etwas komplizieren, z. B. eine Kupferelektrode oder eine Bronzemünze auf der einen Seite in die Knolle einführen und auf der anderen Seite etwas Aluminium oder Verzinktes, steigt der Spannungspegel erheblich an.
Kartoffelsaft enthält gelöste Salze und Säuren, die im Wesentlichen ein natürlicher Elektrolyt sind.
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Übrigens können Zitronen, Orangen und Äpfel mit gleichem Erfolg verwendet werden. Somit können alle diese Produkte nicht nur Menschen, sondern auch Elektrogeräte ernähren.
In solchen Obst- und Gemüsesorten entweichen aufgrund von Oxidation Elektronen aus der untergetauchten Anode (verzinkter Kontakt). Und sie werden von einem anderen Kontakt angezogen - Kupfer. Seien Sie jedoch nicht verwirrt, hier wird Strom nicht direkt aus Kartoffeln erzeugt. Es ist genau aufgrund der chemischen Prozesse zwischen den drei Elementen gut hergestellt:
- Zink
- Kupfer
- Acid
Und hier dient der Zinkkontakt als Verbrauchsmaterial. Alle Elektronen fließen davon weg. Unter bestimmten Bedingungen kann sogar irdener Boden Strom liefern. Die Hauptbedingung ist seine Säure.
Irdene Batterie
Der erhöhte Säuregehalt des Bodens ist ein Problem für Agronomen, aber eine Freude für Elektrotechniker. Der Gehalt an Wasserstoff- und Aluminiumionen in der Erde ermöglicht es Ihnen, buchstäblich zwei Sticks (wie üblich Zink und Kupfer) in den Topf zu stecken und Strom zu erhalten. Unser Ergebnis ist 0,2 V. Um das Ergebnis zu verbessern, sollte der Boden bewässert werden.
Es ist wichtig zu verstehen, dass Strom nicht aus Zitrone oder Kartoffeln erzeugt wird. Dies ist überhaupt nicht die Energie chemischer Bindungen in organischen Molekülen, die unser Körper durch den Verzehr von Nahrungsmitteln aufnimmt. Strom wird durch chemische Reaktionen mit Zink, Kupfer und Säure erzeugt, und in unserer Batterie dient der Nagel als Verbrauchsmaterial.
Batterie aus Kartoffeln zusammenbauen
Folgendes benötigen Sie, um eine mehr oder weniger kapazitive Batterie zusammenzubauen:
Kartoffeln, mehrere Stücke, da eines von geringem Nutzen sein wird.
Kupfer, vorzugsweise einadrige Drähte, je größer der Querschnitt, desto besser.
Verzinkte und kupferne Nägel oder Schrauben (es kann nur Draht verwendet werden).
Nägel spielen die Hauptrolle bei der Stromerzeugung für die Taschenlampe, verzinkte Nägel sind ein negativer Kontakt (Anode), kupferbeschichtete Nägel sind ein Plus (Kathode).
Wenn Sie einfache Nägel anstelle von verzinkten verwenden, verlieren Sie bis zu 40-50% an Spannung. Aber als Option wird es immer noch funktionieren.
Gleiches gilt für die Verwendung von Aluminiumdraht anstelle von Nägeln. Gleichzeitig spielt eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Elektroden einer Kartoffel keine besondere Rolle.
Nehmen Sie Kupferdrähte (Monokern) mit einem Querschnitt von 1,5-2,5 mm2, 10-15 cm lang. Entfernen Sie sie von der Isolierung und binden Sie sie an eine Nelke.
Es ist natürlich am besten zu löten, dann ist der Spannungsverlust viel geringer.
Ein Kupfernagel auf einer Seite des Drahtes und auf der anderen verzinkt.
Als nächstes legen Sie die Kartoffeln aus und stecken konsequent Nägel hinein. In diesem Fall werden aus verschiedenen Adernpaaren unterschiedliche Nägel in jede Knolle gesteckt. Das heißt, Sie sollten einen Zinkkontakt und einen Kupferkontakt in jeder Kartoffel haben.
Verschiedene Knollen sind miteinander verbunden, nur durch Nägel aus verschiedenen Materialien - Kupfer + Zink - Kupfer + Zink usw.
Spannungsmessungen
Angenommen, Sie haben drei Kartoffeln und haben sie wie oben beschrieben miteinander verbunden. Verwenden Sie ein Multimeter, um die Spannung zu ermitteln.
Schalten Sie es in den Gleichspannungsmessmodus und schließen Sie die Messsonden an die Leiter der extremen Kartoffeln an, d. H. zum anfänglichen positiven Kontakt (Kupfer) und zum endgültigen negativen Kontakt (Zink).
Selbst drei mittelgroße Kartoffeln können fast 1,5 Volt produzieren.
Wenn Sie jedoch alle Übergangswiderstände auf das Maximum reduzieren, und dafür:
- Verwenden Sie keinen Nagel als Kupferelektrode, sondern genau den Draht, mit dem die Schaltung zusammengesetzt ist
- Verwenden Sie das Löten von Kontakten
dann können nur 4 Kartoffeln bis zu 12 Volt produzieren!
Wenn Ihre billige Taschenlampe mit drei AA-Batterien betrieben wird, benötigen Sie etwa 5 Volt, um erfolgreich zu leuchten. Das heißt, wenn Sie normale Drähte verwenden, benötigen Sie mindestens dreimal mehr Kartoffeln.
Dafür ist es übrigens nicht notwendig, nach zusätzlichen Knollen zu suchen, es reicht aus, die vorhandenen mit einem Messer in mehrere Teile zu schneiden. Führen Sie dann das gleiche Verfahren mit Drähten und Bolzen durch.
Setzen Sie einen verzinkten und einen Kupferbolzen in jede geschnittene Knolle ein. Infolgedessen ist es durchaus möglich, eine konstante Spannung von mehr als 5,5 V zu erhalten.
Ist es theoretisch möglich, 5 Volt von einer einzelnen Kartoffel zu erhalten und gleichzeitig sicherzustellen, dass die gesamte Baugruppe nicht größer als eine Fingerbatterie ist? Es ist möglich und sehr einfach.
Schneiden Sie kleine Stücke des Kerns von den Kartoffeln ab und legen Sie sie zwischen flache Elektroden, z. B. Münzen aus verschiedenen Metallen (Bronze, Zink, Aluminium).
Am Ende sollten Sie so etwas wie ein Sandwich haben. Selbst ein Teil einer solchen Baugruppe kann bis zu 0,5 V liefern!
Und wenn Sie mehrere davon zusammen sammeln, wird am Ausgang leicht der erforderliche Wert von bis zu 5 V erreicht.
Stromstärke
Es scheint, dass alles, das Ziel erreicht wurde, und es bleibt nur ein Weg, die Verkabelung mit den Stromkontakten der Taschenlampe oder LEDs zu verbinden.
Wenn Sie dieses Verfahren durchgeführt und eine nicht schwache Konstruktion aus mehreren Karten zusammengestellt haben, werden Sie vom Endergebnis sehr enttäuscht sein.
Low-Power-LEDs leuchten natürlich, schließlich haben Sie immer noch Spannung erhalten. Die Helligkeit ihres Glühens ist jedoch katastrophal schwach. Warum passiert dies?
Denn leider liefert eine solche galvanische Zelle einen vernachlässigbaren Strom. Es wird so klein sein, dass nicht einmal alle Multimeter es messen können.
Jemand wird denken, da nicht genügend Strom vorhanden ist, müssen Sie mehr Kartoffeln hinzufügen, und alles wird funktionieren.
Natürlich erhöht eine signifikante Zunahme der Knollen die Arbeitsspannung.
Wenn Dutzende und Hunderte von Kartoffeln in Reihe geschaltet werden, steigt die Spannung, aber das Wichtigste ist nicht - ausreichende Kapazität, um die Stromstärke zu erhöhen.
Und all dieses Design wird nicht rational geeignet sein.
Der praktische Weg mit Salzkartoffeln
Gibt es dennoch eine einfache Möglichkeit, die Leistung einer solchen Batterie zu erhöhen und ihre Größe zu verringern? Ja, gibt es.
Wenn Sie zum Beispiel zu diesem Zweck keine rohen, sondern gekochte Kartoffeln verwenden, erhöht sich die Leistung einer solchen Stromquelle um ein Vielfaches!
Verwenden Sie eine alte C- (R14) oder D- (R20) Batterie für ein praktisches, kompaktes Design.
Entfernen Sie den gesamten Inhalt (natürlich mit Ausnahme des Graphitstabs).
Anstatt zu füllen, füllen Sie den gesamten Raum mit Salzkartoffeln.
Montieren Sie dann die Batterie in umgekehrter Reihenfolge.
Der Zinkanteil des alten Batteriegehäuses spielt hier eine wesentliche Rolle.
Die Gesamtfläche der Innenwände ist viel größer als nur Nelken in rohen Kartoffeln.
Daher die hohe Leistung und Effizienz.
Ein solches Netzteil würde leicht fast 1,5 Volt liefern, ebenso wie eine kleine AA-Batterie.
Aber das Wichtigste für uns sind nicht Volt, sondern Milliampere. Ein solches "gekochtes" Upgrade kann also einen Strom von bis zu 80 mA liefern.
Diese Batterien können einen Empfänger oder eine elektronische LED-Uhr mit Strom versorgen.
Darüber hinaus arbeitet die gesamte Baugruppe nicht für Sekunden, sondern für einige Minuten (bis zu zehn). Mehr Batterien und Kartoffeln, mehr Batterielebensdauer.
Zitronenbatterie
Essigsäurebatterie. Mit einer Eiswürfelschale können Sie eine Mehrzellenbatterie mit Essig als Elektrolyt entwickeln. Verwenden Sie verzinkte Schrauben und Kupferdraht als Elektroden. Nachdem Sie die Batterie mit Essig gefüllt und eine LED-Lampe angeschlossen haben, versuchen Sie, die Zellen nach und nach mit Speisesalz zu füllen und umzurühren. Die Helligkeit des Lichts wächst vor unseren Augen.
Saftige Früchte, junge Kartoffeln und andere Lebensmittel können nicht nur für Menschen, sondern auch für Elektrogeräte als Lebensmittel dienen. Um Strom von ihnen zu erhalten, benötigen Sie einen verzinkten Nagel oder eine Schraube (dh fast jeden Nagel oder jede Schraube) und ein Stück Kupferdraht. Um das Vorhandensein von Elektrizität aufzuzeichnen, ist ein Haushaltsmultimeter nützlich, und eine LED-Lampe oder sogar ein mit Batterien betriebener Lüfter tragen dazu bei, den Erfolg deutlicher zu demonstrieren.
Zerdrücken Sie die Zitrone in Ihren Händen, um die inneren Trennwände aufzubrechen, aber beschädigen Sie die Schale nicht. Führen Sie den Nagel (Schraube) und den Kupferdraht so ein, dass die Elektroden so nahe wie möglich beieinander liegen, sich aber nicht berühren. Je näher die Elektroden sind, desto weniger wahrscheinlich ist es, dass sie durch eine Trennwand innerhalb der Frucht getrennt sind. Je besser der Ionenaustausch zwischen den Elektroden im Inneren der Batterie ist, desto größer ist wiederum ihre Leistung.
Die Essenz des Experiments bestand darin, die Kupfer- und Zinkelektroden in eine saure Umgebung zu bringen, sei es ein Zitronen- oder ein Essigbad. Der Nagel dient als negative Elektrode oder Anode. Der Kupferdraht wird als positive Elektrode oder Kathode bezeichnet.
In einer sauren Umgebung findet an der Anodenoberfläche eine Oxidationsreaktion statt, bei der freie Elektronen freigesetzt werden. Jedes Zinkatom hinterlässt zwei Elektronen. Kupfer ist ein starkes Oxidationsmittel und kann durch Zink freigesetzte Elektronen anziehen. Wenn Sie einen Stromkreis schließen (eine Glühbirne oder ein Multimeter an eine improvisierte Batterie anschließen), fließen Elektronen von der Anode zur Kathode, dh es erscheint Elektrizität im Stromkreis.