Природа электричества это загадка, которую люди сумели насколько им известны законы природы - описать и подчинить во благо своей жизни.
Именно с изучения окружающего нас мира начинается любая наука. Пытаясь объяснить законы природы, мы в свою очередь стараемся объяснить существование разных явлений, которые раньше нам небыли известны. Чем больше скапливается знаний, тем больше мы приспосабливаем их к нашей жизни делая ее лучше, легче, удобней. Но ни как не диктуем природе свои правила.
Взять к примеру батарейки. Мы используем их почти везде, большое количество портативной техники работает именно на них. А вот какие известные людям законы используются для ее работы и как они позволяют получить нужные нам характеристики для нашего блага нас не интересует - мы просто пользуемся.
Конечно, справедливости ради стоит сказать, что сейчас все чаще стараются применять аккумуляторные батареи, но не везде, так как использование аккумуляторов влияет на стоимость для конечного потребителя и это может быть не целесообразным для производителя.
Природа электричества в батарейке.
Электроэнергия в батарейке - это результат химической реакции. Для понимания процесса, нам необходимо слегка затронуть тему строения атома.
Каждый атом состоит из ядра, в центре которого находятся протоны имеющие положительный заряд и нейтроны не имеющие заряда, они нейтральные отсюда и название. В свою очередь вокруг ядра из протонов и нейтронов вращаются электроны имеющие отрицательный заряд.
Так как в дальнейшем мы будет говорить о цинке и меди, приведу графическое изображение строение атома цинка для наглядности:
Из картинки видно, что атом цинка имеет 4 энергетических уровня (кольца), на которых вращаются электроны в количестве 30 шт. Чем дальше от ядра атома, тем меньше связь между ядром и электроном.
Известно, что ток - это направленное движение заряженных частиц - электронов.
Поэтому для того, чтобы несколько электронов покинули атом и присоединились к другому атому (это необходимое условие существования тока) требуется не очень большое количество энергии. Именно это и происходит в результате химической реакции цинка с кислотой в распространенных экспериментах на лимонах.
Когда цинк вступает в реакцию с кислотой освобождаются электроны. Через время реакция цинка и кислоты заканчивается, поскольку электроны в большом количестве накапливаются на электроде цинка. Начинается "давка" электронов, одни уже заняли место и не дают новым освободиться, так как места свободного уже нет.
Теперь рассмотрим, что будет, если мы соединим цинковый электрод на котором избыток электронов проводом с другим электродом - медным. На медном электроде электронов не так много, поэтому электроны из цинка устремятся к медному электроду по проводам. По проводу электроны проходят очень легко, переходя от одного атома к другому. Все это происходит очень быстро и практически мгновенно.
Количество электронов на цинке становится все меньше, но реакция цинка с кислотой продолжается, заменяя ушедшие электроны новыми, которые в свою очередь повторяют движение предыдущих.
Процесс продолжается до тех пор, покуда идет реакция кислоты с цинком. Это происходит по той причине, что в результате реакции появляется слой оксида цинка на границе соприкосновения. Оксид цинка не реагирует с кислотой и реакция прекращается. Именно поэтому если вытащить электрод цинка из кислоты виден темный налет на электроде. Когда металл электродов полностью прореагирует, электроны больше не высвобождаются и протекание тока прекращается.
Перезарядить солевую батарею невозможно. Для этого придумали аккумуляторные батареи. В них электроды и электролит подобраны особенным образом, поэтому их возможно перезарядить.
Количество электричества, которое способно генерировать батарея, определяется скоростью, с которой электроны освобождаются в результате химической реакции.
От теории к практике.
Для изготовления лабораторной батарейки опираясь на полученные теоретические знания нам понадобится: цинковый электрод, медный электрод, провода, кислота.
В качестве цинкового электрода можно применить корпус от использованной батарейки, а в качестве медного электрода - кусок медной пластины. Кислоту возьмем лимонную так как ее легче всего достать. Подсоединяем провода к электродам, устанавливаем пластины в резервуар с лимонной кислотой и замеряем напряжение на проводах.
Вот такая примитивная батарея может заставить светиться светодиод! Конечно, напряжение может быть маленькой величины, но если соединить несколько таких батарей, можно получить ощутимый прирост до нескольких Вольт.
Подписывайтесь на канал РОБОТИП впереди много интересного!