• تعداد بازديد :
  • چهارشنبه 1393/08/07
  • تاريخ :

کمیکار - جلسه هفتم

هدف:

 آموزش به کار انداختن پیل  کار کردن سیستم ترمز


وسایل مورد نیاز: اسید هیدروکلریک % 37حجمی، آب اکسیژنه، آب مقطر، نمک سدیم کلرید بدون ید، بشر، سرنگ 60 سی سی، هم زن شیشه ای
برای راه اندازی پیل ساخته شده در قسمت قبل، ابتدا باید محلول مورد نیاز آن را تهیه کرد. سپس سلول های پیل را به یکدیگر متصل کرد و در نهایت محلول را به پیل اضافه کرد تا کمیکار به راه بیفتد.


1:اجزای پیل
در این پیل از منیزیم به عنوان آند و از سطح گرافیت به عنوان سطح کاتدی استفاده می شود. این جمله به این معنی است که منیزیم در این پیل خورده شده و الکترون آزاد می کند و اما سطح گرافیت سطح مناسب برای انجام واکنش کاتدی است. در سطح گرافیت واکنش کاتدی رخ می دهد و الکترون آزاد شده توسط منیزیم، جذب می شود. پس الکترودهای مورد استفاده در پیل ها، گرافیت و منیزیم خواهد بود.

در این پیل به دلیل سختی کار با پل نمکی، استفاده نمی شود. پل نمکی به شدت شکننده است. این موضوع موجب تغییرات در ولتاژ های واقعی با ولتاژ های جدول کاتدی می شود و ولتاژی که توسط هر سلول ایجاد می شود با ولتاژی که محاسبات نشان می دهد متفاوت خواهد بود.
2: محلول الکترولیت
برای اینکه بتوان کمیکار را به حرکت در آورد نیاز به اسید هیدروکلریک، آب اکسیژنه و آب مقطر داریم. همچنین نیاز به نمک سدیم کلرید (نمک طعام فاقد ید) واجب است. نقش هریک از این مواد در زیر توضیح داده شده است:
اسید هیدروکلریک: این اسید عامل خوردگی منیزیم است و بدون آن هیچگونه الکترونی آزاد نمی شود. منیزیم در مجاورت اسید طبق نیم واکنش زیر الکترون آزاد می کند. این الکترون آزاد شده در نیم واکنش کاتدی مورد استفاده می گردد.

Mg→Mg+2+2e-


نکته مهم: هرچه یک اسید قدرت بیشتری داشته باشد به این معنی است که توان آزاد سازی یون هیدروژن (H+ بالاتری دارد و PH آن کمتر است. PH تعیین کننده قدرت یک اسید یا باز است که از 0 تا 14 درجه بندی گردیده است. هرچه اسید قوی تر باشد PH آن کمتر و به سمت  صفر متمایل است و هرچه باز قوی تر باشد PH آن بیشتر و به سمت 14 است. آب مقطر دارای PH برابر 7 است و خنثی می باشد.


آب اکسیژنه: این مایع با فرمول شیمیایی H2O2، یکی از اجزای مهم در الکترولیت است. این جز با اضافه شدن در ترکیب موجب ایجاد یک تاخیر در واکنش خوردگی می شود. به عبارت دیگر واکنش خوردگی منیزیم زمان بیشتری طول می کشد تا رخ دهد. اما نباید مقدار آن زیاد شود زیرا با اضافه شدن آن جریان قطع می گردد.


نکته ایمنی: اسید هیدروکلریک و آب اکسیژنه موادی هستند که به شدت توصیه می شود توسط دانش آموز استفاده نگردد. برای این موضوع حتما از کمک یک دبیر استفاده گردد و زیر نظر ایشان به انجام محلول سازی بپردازید.
آب مقطر: H2O برای کاهش غلظت محلول وهمچنین بالا رفتن حجم آن است.
واکنش کاندی برای این پیل به صورت زیر خواهد بود:

H2O2+2e-+2H+→2H2O


در این واکنش، آب اکسیژنه توسط پژوهشگر به بالن ژوژه اضافه می شود. الکترون از واکنش آندی می آید و هم چنین یون هیدروژن(H+ ، از طریق اسید هیدروکلریک به محلول اضافه می گردد. مقدار تمامی مواد به شرح زیر است:
اسید هیدروکلریک 12% حجمی
آب اکسیژنه 5% حجمی
آب مقطر 83% حجمی
این برای ظرف پیل آزمایشی که از 6 سلول با حجم 75 سی سی ساخته شده است برابر مقدار زیر است. توجه داشته باشید این مقادیر برای 5 سلول است و یکی از سلول ها برای سیستم ترمز است و نیاز به محلول جدا دارد که در ادامه گفته خواهد شد.
اسید هیدروکلریک 45 سی سی
آب اکسیژنه 19سی سی
آب مقطر 311 سی سی


نکته: در تهیه محلول الکترولیت، اولین محلولی که به بالن ژوژه اضافه می کنید، آب مقطر باشد. حتما به این نکته توجه شود.
این محلول نیاز به نمک سدیم کلرید دارد تا بتواند رسانش لازم را تامین کند. برای این منظور 32 گرم نمک سدیم کلرید اضافه کنید. نمک سدیم کلرید بدلیل ضریب بالای تفکیک یونی مناسب است. هرچه این ضریب بالاتر باشد، نمک راحت تر به به یون های تشکیل دهنده آن تبدیل می شود و این یون ها هستند که باعث افزایش رسانش و در نتیجه حفظ آمپراژ تحت بار می شوند.


اضافه کردن محلول
همان طور که پیشتر گفته شده بود، باید تمامی سلول ها به صورت سری به وصل گردند. بعد از این مرحله باید محلول به پیل اضافه گردد. برای این منظور از سرنگ با حجم زیاد استفاده می شود. وقتی محلول در سرنگ پر شد، به ترتیب در داخل سلول ها تخلیه می شوند. بعد از تخلیه تمامی سرنگ ها، دو سر سیم هایی که از آند و کاتد اول و آخر رها مانده اند را به موتور وصل کنید. ماشین به کار می افتد. توجه داشته باشید که این عمل باید در کم ترین زمان ممکن صورت پذیرد تا مواد با هم واکنش ندهند. در صورتی که نتوانستید این کار را به سرعت انجام دهید، بهتر از یک کلید در سر مدارتان استفاده کنید. به این صورت که بین موتور و باطری یک کلید قرار دهید و سیم های باطری و موتور را متصل نمایید وبعد از ریختن محلول کلید را وصل کنید. تصویر زیر، کمیکار را به صورت شماتیکی نمایش می دهد.
 

کمیکار - جلسه هفتم


 تصویر شماتیکی کمیکار


در تصویر فوق، خطوط سبز، زرد، آبی، کرم، خاکستری، سفید و قرمز به ترتیب نمایشگر سلول های عادی، چرخ دنده ها(گیربکس)، موتور، کلید، شفت، سیستم ترمز و سیم است.


سیستم ترمز
برای توقف کمیکار انواع و اقسام مختلف سیستم را می توان بست اما باید توجه کرد این سیستم ها باید یا شیمیایی باشند یا توسط یک واکنش شیمیایی فعال شوند. هرگونه استفاده از سیستم های الکتریکی (مانند تایمر و...) یا مکانیکی که به طور صرف وارد عمل شده و کمیکار را متوقف کنند خطا بوده و کمیکار از مسابقات حذف می گردد.

 

به دلیل اینکه در این آموزش سعی در ساختن یک کمیکار به صورت ساده شده است و تا اینجای کار از هرگونه پیچیدگی دوری کرده ایم، ساده ترین سیستم ترمز شیمیایی ممکن را آموزش می دهیم.
از آنجایی که باطری به صورت سری به هم متصل گشته، اگر یک سلول از پیل از بقیه سلول ها سریع تر از کار بیفتد، کل جریان قطع خواهد شد. بنابراین اگر یک سلول از 6 سلول طراحی شده بگونه ای کار کند که منیزیم آن سریع تر خورده شود، باطری از مدار خارج شده و کمیکار می ایستد. برای این منظور باید به طور ناچیز(سی سی) مقدار مواد را تغییر دهید و به پیل اضافه کنید.

 

 یادتان باشد که هر سی سی اسید مقدار مسافتی که کمیکار طی می کند را کاهش و هر سی سی آب اکسیژنه، مقدار مسافتی که که کمیکار طی می کند را افزایش می دهد. اما مراقب باشید که باید چهار نکته را به دقت رعایت کنید:
1- مرحله آب بندی پیل را به دقت انجام داده باشید. اگر از سلول ترمز به سلول های جانبی نشتی صورت گیرد، سیستم ترمز دقت خود را از دست می دهد.
2- حجم کل محلول را ثابت نگه دارید. این جمله بدین معنی است که برای هر مسافتی که مقدار اسید و آب اکسیژنه را نغییر می دهید، مقدار آب را بگونه ای تغییر دهید که مقدار کل محلول 75 سی سی بماند. اینکه چه مسافتی را کمیکار شما باید طی کند، در روز مسابقه به قید قرعه تعیین می شود اما شما قبل از مسابقه باید بدانید که ماشین برای طی 15 متر نیاز به چه محلولی دارد.
3- هرگز مواد مصرفی خود را نغییر ندهید و سعی کنید از یک برند معتبر خرید کنید. کیفیت مواد مصرفی با عملکرد کمیکار شما رابطه مستقیم دارد. اگر مواد بی کیفیت باشد، کیفیت حرکت نیز پایین خواهد بود.
4- آخرین نکته اینکه لازم نیست شما تمامی 75 سی سی را برای هر پیل مصرق کنید، حتی 50 سی سی  آن هم کفایت می کند اما به دلیل این که شاید نیاز به محلول اضافه داشته باشید،محلول مصرفی کمیکار را بر اساس 75 سی سی بسازید.

تکلیف1: کمیکار را روی مسافت 15-22 متر با فاصله 1 متر متوقف کنید و داده های آنرا یادداشت نمایید.


تکلیف2: تکلیف 1 را با وزنه تکرار کنید. برای این منظور ابتدا از وزنه 100 گرمی را قرار دهید سپس وزنه را با گام 100 گرم افزایش دهید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: برای خرید اسید، آب مقطر و سایر مواد به مواد شیمیایی فروش مراجعه نمایید.

 

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان

تهیه: هومن غریب زاده - تنظیم: یگانه داودی

 

مطالب مرتبط:

کمیکار جلسه اول

کمیکار جلسه دوم

کمیکار جلسه سوم

کمیکار جلسه چهارم

کمیکار جلسه پنجم

کمیکار جلسه ششم

کمیکار جلسه هفتم

 


 

UserName