باتری دستی

اهداف

آشنایی با ابزارهای اندازه گیری الکتریکی

آشنایی با فرایند تولید جریان

آشنایی با مفهوم اختلاف پتانسیل

آشنایی با عملکرد باتری ها

وسایل لازم

یک میکرو آمپرمتر DC که بتواند تا 100 میکرو آمپر را بخواند.

یک سطح آلومینیومی و یک سطح مسی، که هر کدام حدوداً در ابعاد دست شما باشند.

دو سیم الکتریکی سری که هر دو در انتهایشان یک انبر سوسماری داشته باشند.

اختیاری: ورودی ولت متر FET ( وسیله ای الکتریکی که به عنوان کنترل کننده جریان متغیر به کار می رود. ) که بتواند تا 2 ولت را اندازه بگیرد. یک قطعه چوبی یا یک سطح غیر فلزی، سطوحی ساخته شده از سایز فلزات نظیر سرب و روی ( فولاد گالوانیزه )

طرح درس

وقتی شما دست هایتان را روی سطوح فلزی می گذارید شما و این سطوح یک باتری تشکیل می دهید.

در این درس آزمایشگاهی شما می توانید با ابزارهای بسیار ساده، همراه دانش آموزان یک باتری ایجاد کنید که البته جریان ضعیفی را ایجاد می کند.

هر دو سطح فلزی را روی یک قطعه چوب نصب کنید یا آن ها را به یک سطح غیر فلزی ببندید ( اگر نخواستید لزومی ندارد دو فلز را نصب کنید، می توانید سیم ها را به شکلی که در پایین توضیح داده می شود وصل کنید و سپس هر یک از سطوح فلزی را در دست بگیرید. )

این وضعیت این امکان را می دهد که بتوانید به سادگی جای سطوح فلزی را با هم عوض کنید.

با استفاده از انبرهای سوسماری، یکی از سطوح فلزی را به یکی از پایانه های آمپرمتر وصل کنید و فلز دیگر را به پایانه ی دیگر. در این مرحله مهم نیست که کدام فلز به کدام پایانه متصل باشد.

شرح آزمایش:

از دانش آموزان بخواهید هر دستشان را روی یک سطح فلزی بگذارند.

در این مرحله، شما باید تغییری در آمپرمتر مشاهده کنید. اگر آمپرمتر جریان الکتریکی را نشان نداد، به سادگی محل اتصالات را جا به جا کنید. سطح سربی را به پایانه ای وصل کنید که قبلاً آلومینیوم به آن متصل بود و برعکس. اگر هم چنان جریانی مشاهده نشد، اتصالات و سیم کشی ها را کنترل کنید. اگر جریانی تولید نمی شود، سعی کنید سطوح را با مداد پاک کن یا پشم تمیز کنید تا اکسید روی فلزات از بین برود.

آزمایش بالا را با سطوحی که به یک ولت متر متصل است تکرار کنید. برای این که جریان خوانده شده دقیق باشد، شما به یک ورودی ولت متر نیاز دارید.

از یک نفر بخواهید تا یک دستش را روی سطح مسی بگذارد و از شخص دیگری نیز درخواست کنید تا یک دستش را روی سطح آلومینیومی قرار دهد، به آن ها بگویید دست های آزادشان را به هم بدهند.

شرح پدیده:

وقتی شما به سطوح فلزی دست می زنید یک لایه بسیار نازک عرق که روی دست شما وجود دارد، مانند اسید باتری عمل کرده و با سطوح مسی و آلومینیومی واکنش نشان می دهد. در یکی از این واکنش ها، دست شما الکترون های حاوی بار منفی را از سطح مسی دور کرده و آن را مثبت می کند. در واکنش دیگر، دست شما الکترون ها را از سطح آلومینیومی می برد و باعث می شود تا آلومینیوم بار منفی پیدا کند.

این اختلاف در بارهای میان دو سطح فلزی عامل ایجاد حرکت بارهای الکتریکی یا جریان الکتریکی می شود. از آن جا که الکترون ها می توانند آزادانه در فلز حرکت کنند الکترون های اضافی روی سطح آلومینیوم از طریق آمپرمتر عبور کرده تا خود را به سطح مسی برسانند. ( در فلزات، بارهای مثبت قادر به حرکت نیستند. ) در بدن شما هم یون های مثبت و منفی متحرک هستند. الکترون های منفی از طریق دست شما که روی مس است از بدنتان عبور کرده و به دستی که روی آلومینیوم قرار دارد می رسد. در همان زمان یون های مثبت در جهت مخالف در حرکت هستند. تا زمانی که واکنش ها ادامه دارد، بارها در جریان هستند و آمپرمتر جریان کمی را نشان می دهد.

بدن شما در برابر جریان مقاومت نشان می دهد. بیشتر مقاومت مربوط به پوست شما می شود. با خیس کردن پوستتان می توانید مقاومتتان را کاهش دهید و جریان عبوری از آمپرمتر را بیفزایید. اگر دو نفر دست هایشان را بگذارند مقاومت بیشتر از مقاومت یک نفر می شود و جریان عبوری کاهش خواهد یافت.

اگر شما اتصال یکی از سیم ها را با آمپرمتر قطع کنید، آلومینیوم بار منفی پیدا می کند زیرا الکترون های انباشته شده روی آلومینیوم نمی توانند از این فاصله بین سیم ها عبور کنند. از آن جا که دست شما الکترون ها را از روی مس جدا می کند، فلز بار مثبت خواهد یافت. این بارهای انباشته شده ولتاژی را ایجاد می کنند که اگر ولت متر را با میکرو آمپرمتر جایگزین کنید، قابل اندازه گیری خواهند بود.

بیشتر باتری ها از دو فلز متفاوت و یک محلول الکترولیت تشکیل می شوند که این محلول بارهای انباشته و در نتیجه یک ولتاژ را ایجاد می کند. ( در این آزمایش، عرق دستتان نقش یک محلول الکترولیت را دارد. ) وقتی پایانه های باتری به یک سیم متصل می شوند، این ولتاژ یک جریان تولید می کند.

شما می توانید برای ایجاد جریان در مدارتان از جفت فلزهای متفاوت استفاده کنید. موفقیت شما در انجام آزمایش هنگام استفاده از انواع مختلف فلزات، بستگی به پتانسیل الکتریکی فلزات دارد، یعنی میزان توانایی آن ها در به دست آوردن و از دست دادن بارهای الکتریکی. فلزات مختلفی را امتحان کنید تا ببینید کدام یک بیشترین جریان را نشان خواهد داد. جدول سری نیروی محرکه الکتریکی فلزات ( که در هر کتاب درسی شیمی پیدا می شود. ) پتانسیل الکتریکی همه فلزات را نشان می دهد و به شما این امکان را می دهد تا پیش بینی کنید کدام فلزات برای ساخت یک باتری دستی به خوبی عمل خواهند کرد.

گاهی می توانید با دو سطح فلزی که یکسان هم هستند، جریان تولید کنید. هر فلز در سطح اش پوشش اندکی از اکسیدها، نمک ها و روغن ها را دارد. این پوشش ها تغییرات ناچیزی در سطح فلزات ایجاد می کنند که می تواند ایجاد یک جریان الکتریکی کند. احساس ناخوشایند ناشی از برخورد دندانه های چنگال با براده های فلزات، فرآیند روکش دادن ( آبکاری ) فلزات، آندهای خورد شده ای که برای حفاظت از بدنه کشتی ها و پل های آهنی به کار می رود، مجموعه دی الکتریک هایی است که برای جلوگیری از خراب شدن لوله کشی های آهنی و مسی مورد استفاده قرار می گیرد، همگی نمونه هایی از انتقال بار در فلزات می باشند.