Знаете ли вы, что вы можете использовать для питания лампочки картофель? Химическая энергия между двумя металлами преобразуется в электрическую энергию и создает схему с помощью картофеля! Это создает небольшой электрический заряд, который можно использовать для включения света.
Это статья — отличный пример того, как энергия приходит во многих формах и как продукты используют эту энергию для выполнения работы. Аккумулятор преобразует энергию от химического к электрическому, чтобы лампочка работала (контрольные точки C и D).
Электричество из картошки в домашних условиях — очень интересный эксперимент для мальчишек школьного возраста.
Необходимые материалы
Шаг 2: Разрезаем щель в каждом картофеле
Шаг 3: Помещаем монетку в картофель
Обернутая проволокой монетка должна плотно вставляться в щель, которую вы сделали раньше.
Шаг 4: Обрезаем другой конец медного провода
На той стороне, в которой монетки не прикреплены, обрезайте провод до требуемой длины между другим картофелем плюс 5-8 сантиметров.
Шаг 5: Вставляем оцинкованный винт в картофель
Соедините два картофеля вместе с проволокой, идущей от монетки до винта.
Шаг 7: Повторите шаги 1 — 3
Надо вырезать новую щель для копейки во втором картофеле, у которого уже есть винт, и вставить новую обернутую проволокой монетку в картофель.
Подсказка: мы разрезаем все наши проводы, чтобы они были примерно одинаковой длины, чтобы облегчить жизнь.
Шаг 8: Повторите шаги 5-6
Вставьте винт в картофель, у которого есть только монетка, и прикрепите новый винт.
Шаг 9: Проверяем соединения
Посмотрите внимательно на картофель. Каждый картофель в батарее должен иметь одну сторону цинка (винт) и одну медную сторону (копейки) с прикрепленными проводами.
Оставьте два провода, один идет к копейке и один к винту. Эти провода подключаются к лампочке или вольтметру.
Совет. Если вы хотите добавить больше картофелин для большей мощности, обязательно следуйте этому шаблону! У каждого картофеля должен быть один винт и одна монетка!
Шаг 10: Проверяем аккумулятор
Подсоедините свободные провода к светодиодной лампе или на штыри вольтметра, чтобы увидеть свою батарею в действии!
Совет. Для лампочки две картофелины не дат достаточной мощности.
Шаг 11: Как работает электричество из картошки — объяснение
Картофельный аккумулятор — это тип батареи, который известен как электрохимическая ячейка. Химические вещества цинка и меди (в винте и монетке / проволоке) реагируют друг с другом, что приводит к химической энергии. Эта химическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем спонтанного переноса электрона.
Картофель действует как буфер и электролит для двух металлов. Это означает, что он отделяет цинк и медь, заставляя электроны пытаться перейти от одного металла к другому, чтобы пройти через картофель и образовать контур. Электроны способны протекать через картофель, потому что он действует как электролит. Эти два металла по-прежнему будут реагировать, если они просто коснутся друг друга без картофеля, но без барьера и электролита энергия, выделяемая из реакции, не образует контур, а это то, что передает энергию к лампочке.
Шаг 12: Наш процесс обучения
Проблемы, которые пришлось решать в ходе эксперимента по получению электричества из картошки в домашних условиях: две картофелины не могут приводить в действие нашу лампочку, поэтому пришлось добавить больше картофеля, для эксперимента лучше использовать светодиодную лампочку, а не лампу накаливания, так как лампа накаливания требует больше энергии. Свет в лампочке включился с четырьмя картофелинами и эффективной светодиодной лампой.
В условиях БП (Большой Пи**ец, этим термином обозначается какой-то глобальный катаклизм — стихийное бедствие, мировая война, техногенная катастрофа планетарного масштаба — прим.ред. ) пропадут и станут недоступными много благ цивилизации, мир откатится к примитивному веку, в лучшем случае, начала 19-го века. Электричество, как тонкая по природе энергия, гарантированно станет экзотикой — потому что не станет обычных источников. Сами-то потребители еще сколько-то поживут. А вот запасать электричество в консервы невозможно, такова его природа.
Да, будут в основном электромеханические генераторы на мышечной силе, на течении воды, использующие поток ветра. А будут — в меньшей степени — электрохимические генераторы. В меньшей — потому что для их создания потребуются более глубокие, чем может продемонстрировать среднестатистический выживальщик человек, познания в химии.
Электрохимический источник тока
Электромеханические генераторы — тема отдельной статьи, сегодня поговорим об электрохимических источниках тока. Все они устроены просто — нужно два металла, один из которых электроположительный, а другой, соответственно, электроотрицательный. Иначе говоря, один растворяется, а другой производит электроны. Металлы не должны соприкасаться, а электроды из этих металлов находятся в электролите, чтобы между ними протекал ионный ток. От электродов можно запитать электрическую цепь. Вот источник и готов.
Понятно, что электрохимический источник тока имеет очень невысокий потенциал — половина вольта или меньше. Он прямо зависит от разницы потенциалов металлов, из которых сделаны электроды. Удобных пар металлов не так много, их потенциалы хорошо известны. Поэтому электрохимические ячейки объединяют в батареи, соединяя последовательно.
Всем известный автомобильный свинцовый аккумулятор является такой батареей — у него последовательно соединены 6 ячеек (банок). Любая батарейка — тоже батарея из последовательных ячеек. Вернее, не любая, есть моноячейки, но их все равно называют батарейками для общности.
Все мальчишки знают, что в батарейках нет жидкого электролита. Электролитом в них пропитан наполнитель — это удобно для эксплуатации. То есть наполнитель является некоей губкой, наполненной очень густым электролитом. Этого достаточно, чтобы электролит мог пропускать ионный ток.
Батарейки для ИБП (источников бесперебойного питания — прим.ред ), к примеру, гелевые. Там гель тоже как густая жидкость, то есть не такой текучий, как серная кислота из свинцовых аккумуляторов. Но тем не менее, это все равно электролит.
К чему все это?
Электричество из картошки
«Картофельная ячейка» — это обычная картошка, в которую воткнули скрепку из цинка и скрепку из меди. Цинк (оцинковка на стальной скрепке) является катодом, он растворяется. Медь второй скрепки является анодом. Сама картошка же в реакции не участвует, а является электролитом.
Вместо картошки может быть баночка с солевым раствором (да-да, и таким, как тут все подумали, тоже). Может быть огурец, помидор, репа. Смоченная солевым раствором туалетная бумага (неиспользованная, в целях величия науки… хотя это непринципиально). В общем, любая среда, которая связывает оба куска металла ионной проводимостью, но не дает соприкоснуться.
Электрохимический потенциал пары «цинк — медь » очень низкий, доли вольта (порядка 0.8-0.9В). Поэтому, чтобы набрать, например, 3.5В, то есть напряжение, на которое рассчитаны стандартные белые светодиоды, нужно около четырёх-пяти таких элементов.
Да, это детский опыт, стандартный для кружков типа «умелые ручки». Несложно, наглядно, никого не убьет. И оставался бы он таким, если бы не новейшие достижения электроники. Во-первых, это массовое распространение светодиодов. Которые весьма эффективны в КПД, требуют крошечные 1.5 вольта питания и не особо много тока. Микроэлектроника тоже стремительно уменьшает потребляемую мощность.
И в принципе, если собрать из картофеля и скрепок достаточную гирлянду, можно запитать павербанк за счет его конвертера. Да, электричество картошка и скрепки с их неразвитыми электродами будут производить невеликое. Но все же — максимум конвертер из этой батарейки выжмет. А потом уже можно кормить другие устройства.
Таким образом электричество из картошки поможет вам решить вопрос зарядки устройств, освещения, добычи огня, возможно даже — обогрева, в условиях БП, в чрезвычайной ситуации или при автономном выживании.
И повторю напоследок — основным ограничением электрохимического источника тока является отдаваемая мощность, которая зависит в первую очередь от:
- площади электродов в жидкости;
- исчерпания состава самой жидкости;
- внутреннего сопротивления источника (картошка как таковая не может проводить много тока).
Поэтому можно смело брать пластины металлов размером с тетрадь, совать их в трехлитровую банку с соленой водой, и получать источник повзрослее.
Существует множество способов получения электрического тока. Среди них особое место занимают фрукты и овощи, физические и химические свойства которых позволяют сравнительно легко выполнить эту операцию. Проще всего добыть электричество из картошки, не выходя из собственной кухни. Помимо самих клубней, потребуются различные металлические предметы, являющиеся составными частями импровизированного гальванического элемента. Самое главное - соблюдать порядок действий и строго придерживаться схемы сборки.
Откуда берется электричество в картошке
При определенных условиях добыть электричество вполне возможно из картофеля, фруктов и овощей. Результаты наглядно демонстрируются на табло мультиметра. Такого тока вполне достаточно, чтобы зажечь светодиод или небольшое устройство, питающееся от батареек. На что-то большее подобные источники тока не рассчитаны.
Эффективность самодельной батареи будет выше при соблюдении технических условий и правил:
- Если одинаковые металлические электроды заменить разными материалами, в этом случае напряжение заметно увеличится. Обычно для катода используется цинк, а для анода - медь.
- Эффективность картофельного элемента возрастает с увеличением площади электродов.
- Цинк берется из старой батарейки. Это стакан с установленным гальваническим элементом. Если нет батарейки, можно взять обыкновенный оцинкованный гвоздь, шуруп и другой такой же крепежный материал.
- Медь для анода можно взять из кабельных жил или воспользоваться медными гвоздиками и другим крепежом.
Собранный элемент на основе меди и цинка выдаст электричество из картофеля напряжением не менее 0,5-0,7 вольт. Целостность картофеля не имеет значения, самое главное, чтобы сохранялся внутренний сок.
Физико-химические процессы в картофелинах протекают следующим образом. На поверхности анода образуется кислая среда, где и протекает окислительно-восстановительная реакция. В ходе окисления происходит выделение свободных электронов, уходящих с атомов цинка в количестве двух. Медь является очень сильным окислителем и притягивает к себе все свободные электроны. В случае замыкания цепи путем подключения мультиметра или лампочки, начнется движение электронов в направлении от анода к катоду, то есть, в электролитической среде появится электрический ток.
Сам электролит состоит из слабого кислотно-солевого раствора, содержащегося в картофельном соке внутри клубня. В процессе реакции цинк расходуется и размеры электрода уменьшаются. Картофельные клубни сами по себе служат лишь своеобразным хранилищем для электролитического сока. Вся эта операция имеет ценность лишь с теоретической или познавательной точки зрения, а практического использования она не получила.
Способы получения электричества
Так называемое картофельное электричество можно получить другими способами. Добывать ток, например, можно с использованием пластинчатого элемента. Отрезается плоский кусочек и устанавливается между медной и цинковой пластинками. Могут использоваться сплавы этих металлов, если нет возможности достать их в чистом виде. Медные пластины делаются из монет, а цинковые - из плоских оцинкованных шайб аналогичного диаметра. Такие элементы имеют компактные размеры и легко собираются в общую картофельную батарею.
Если в одном медно-цинковом картофельном элементе слишком мало энергии, то решить задачу, как добыть больше тока можно путем последовательного соединения нескольких таких частей. В результате напряжение батареи существенно возрастет. Данная схема предполагает соединение положительного полюса одного элемента и отрицательного полюса другого элемента.
Провода, оказавшиеся по краям, будут играть роль плюса и минуса для всей батареи. Величина суммарного напряжения будет составлять сумму ЭДС всех элементов, соединенных между собой. Таким образом, даже два элемента, соединенных последовательно, дают возможность получить электричество из картошки в размере целых 1,5 вольт, сопоставимых с обычными пальчиковыми батарейками.
Как сделать картофельную батарею
Что бы сделать картофельную батарею, используется схема параллельного соединения. Токи каждого элемента суммируются. Выполняется соединение всех положительных полюсов в общий плюс и отрицательных - в общий минус. Всю электроэнергию в сумме будут составлять значения отдельных токов, объединенных параллельной схемой. Напряжение равняется среднему значению напряжения каждого отдельно взятого элемента.
Существуют еще и комбинированные схемы получения электроэнергии, соединяющие в себе варианты. Это дает возможность значительно увеличить максимальные значения тока и напряжения картофельной батареи. Полученная конструкция считается вполне работоспособной и электричество из картошки в экстренной ситуации может выполнить зарядку телефонного аккумулятора. Все зависит от количества клубней, задействованных в цепочке.
Более высокой эффективностью обладают клубни вареного картофеля. Во время термической обработки происходит разрушение органических веществ, и электрическое сопротивление сока значительно понижается. Пластинчатая батарея из вареного картофеля в домашних условиях получается более мощной, чем из сырых клубней.
Получение электричества с помощью овощей - задача не такая сложная, как кажется. Узнать практически, как получить электричество из картошки можно у себя на кухне. Понадобится всего несколько картофелин, кусочек провода, несколько гвоздей, шайб, монет, чтобы с их помощью собрать действующий гальванический элемент или даже батарею. С помощью такой батареи можно не только запитать маломощную нагрузку вроде часов, радиоприёмника, но даже зарядить телефон или зажечь бытовую лампу освещения.
Использование сырого картофеля
Получить электричество из картошки возможно даже в домашних условиях. Чтобы убедиться в этом, достаточно воткнуть в картофелину два металлических щупа вольтметра. Прибор покажет наличие напряжения на уровне нескольких милливольт.
Конечно же, от такого источника вряд ли удастся запитать какой-либо электроприбор, слишком мала мощность. Если вместо щупов из одинакового металла применить цинковый катод и медный анод, его напряжение существенно возрастёт.
Чем больше площадь электродов, тем эффективнее работает ячейка. Цинк можно добыть из отработанной батарейки, разрезав металлический цинковый стакан гальванического элемента. Вариант попроще: воспользоваться обычным оцинкованным гвоздём, винтом или шурупом из строительного магазина. Анод изготавливается из отрезка медного провода, жилы кабеля или медного крепежа из того же строительного магазина. Медно-цинковая овощная ячейка даст уже около 0,5-0,7В. По сути, в результате получается настоящий гальванический элемент.
Не имеет значения, целая будет картофелина или нет. Крупный корнеплод, разрезанный на части будет работать так же, как и целый.
Пластинчатый элемент
Ещё один эффективный способ получения картофельного электричества состоит в помещении плоского кусочка сырого корнеплода между пластинками меди, цинка, а также их сплавов. В качестве пластин можно использовать различные медные монеты, а отрицательный электрод сделать из плоской оцинкованной шайбы подходящего диаметра. Такой элемент получается компактным, из него проще составить батарею.
Картофельная батарея
Одна медно-цинковая картофельная ячейка позволит получить максимум около 0,9 В и очень малый ток. Для того, чтобы повысить максимальную мощность, нужно соединить несколько элементов последовательно, параллельно или применить комбинированную схему.
Последовательное соединение
Этим способом пользуются для увеличения напряжения батареи. При такой схеме полюса соединяются таким образом, что положительный полюс одной ячейки соединяется с отрицательным полюсом следующего. Крайние отводы станут плюсом и минусом батареи. ЭДС всех элементов складывается, при этом ток, протекающий в цепи будет равен току одного элемента. Общее суммарное напряжение равно сумме ЭДС всех соединённых элементов.
Две последовательно соединённых картофелины или пластинчатых элемента дадут уже 1,5 В, сравнимые с привычной пальчиковой батарейкой.
С последними дело обстоит очень просто, поскольку такая батарейка получается путём укладки слоями по схеме: плюс-медь-картофель-цинк-медь-картофель-цинк-минус.
Параллельное соединение
При такой схеме соединения токи всех элементов складываются. Все положительные полюса объединяются и образуют «плюс», все отрицательные полюса образуют «минус». Суммарный ток будет равен сумме токов всех объединённых в параллельную схему ячеек, а напряжение равно среднему напряжению отдельных частей.
Комбинированная схема
Заключается в комбинировании последовательной и параллельной схемы соединения для увеличения максимального тока и напряжения батареи.
Таким образом, применяя схему последовательно-параллельного соединения, можно получить вполне работоспособную батарею, например, способную электричеством из картошки зарядить аккумулятор телефона в экстренной ситуации.
При большом количестве задействованных овощей можно даже зажечь бытовую лампу освещения.
Интересное видео о получении электричества из картофеля:
Вареный картофель
Обеспечивает ещё более высокие энергетические показатели. При варке клубней органические вещества в них разрушаются, что способствует снижению электрического сопротивления «электролита». Батарея, собранная из пластинчатых элементов на основе вареного овоща отличается большей мощностью, чем аналогичная из сырого.
Физико-химическое обоснование
Сам по себе картофель, или другой овощ, не содержит каких-либо запасов электричества. И это не та энергия, которую наш организм извлекает при употреблении овощей в пищу. Возникновение электричества происходит вследствие химической реакции окисления-восстановления на электродах гальванической ячейки. В ходе реакции происходит обмен электронами между анодом и катодом с протеканием электрического тока в среде электролита. Электролитом в данном случае является слабый раствор кислот и солей, содержащийся в соке клубня. Цинк или другой металл, окисляясь в среде электролита, освобождает электроны, которые восстанавливаясь на втором, медном электроде образуют электрический ток. При такой реакции цинковый электрод постепенно расходуется. А сам картофель является всего лишь контейнером, способный длительное время сохранять сочность (электролит).
Безусловно, опыты по получению электричества из картошки интересны прежде всего с познавательной точки зрения и для практического применения мало пригодны.
Фонарик из картошки: видео
Наверняка многие из курса физики помнят или слышали, что из обыкновенного картофеля, и не только из него, можно добыть немного электричества.
Что для этого необходимо, и возможно ли таким способом зажечь маломощный фонарик, светодиодные часы питающиеся от круглых батареек 1-2Вольт или заставить работать радиоприемник? И да и нет, давайте разбираться подробнее.
Откуда в картошке электричество?
Чтобы понять, что напряжение из картошки это не выдумка, а вполне реальная вещь, достаточно воткнуть в одну единственную картофелину острые щупы от мультиметра и вы тут же увидите на экране несколько милливольт.
Если немного усложнить конструкцию, например с одной стороны в клубень вставить медный электрод или бронзовую монетку, а с другой стороны что-нибудь алюминиевое или оцинкованное, то уровень напряжения существенным образом вырастет.
Сок картофеля содержит в себе растворенные соли и кислоты, которые являются по сути естественным электролитом.
Кстати, с одинаковым успехом можно использовать для этого лимоны, апельсины, яблоки. Таким образом, все эти продукты могут питать не только людей, но и электроприборы.
Внутри таких фруктов и овощей, из-за окисления, с погруженного анода (оцинкованный контакт) будут утекать электроны. А притягиваться они будут к другому контакту — медному.
При этом не путайте, электричество здесь образуется не прямо из картошки. Оно хорошо вырабатывается именно благодаря химическим процессам между тремя элементами:
- цинк
- медь
- кислота
И именно цинковый контакт здесь служит как расходка. Все электроны утекают с него. При определенных условиях даже земляная почва может дать электричество. Главное условие - ее кислотность.
Втыкаете в землю условно два палки (естественно из цинка и меди) и замеряете напряжение. Иногда разность потенциалов доходит до 0,2В. При влажной почве результат улучшается.
Это так называемая земляная батарея.
Сборка батарейки из картошки
Итак, вот что необходимо для сборки более или менее емкостной батарейки:
Несколько штук, так как от одной толку будет мало.
Чем больше сечением, тем лучше.
Гвозди как раз таки и будут играть основную роль в выработке электричества для фонарика.
- оцинкованные - это минусовой контакт (анод)
- обмедненные - это плюс (катод)
Если применить вместо оцинкованных простые гвозди, то вы потеряете в напряжении до 40-50%. Но как вариант, работать все равно будет.
То же самое относится и к применению алюминиевой проволоки вместо гвоздей. При этом, увеличение расстояния между электродами в одной картофелине особой роли не играет.
Берете медные провода (моно жилу) сечением 1,5-2,5мм2, длиной 10-15см. Зачищаете их от изоляции и приматываете к гвоздику.
Лучше всего конечно припаять, тогда и потери напряжения будут гораздо меньше.
Один медный гвоздь с одной стороны провода, а оцинкованный с другой.
При этом в каждый клубень втыкаются разные гвозди, от разных пар проводов. То есть в каждую картошку у вас должен быть воткнут одни цинковый контакт и один медный.
Соединяются разные клубни между собой, только через гвозди из различных материалов - медь+цинк - медь+цинк и т.д.
Замеры напряжения
Допустим у вас три картохи, и вы соединили их между собой вышеописанным образом. Чтобы узнать какое же напряжение получилось, воспользуйтесь мультиметром.
Переключаете его в режим измерения ПОСТОЯННОГО напряжения и подключаете измерительные щупы к проводникам крайних картофелин, т.е. к начальному плюсовому контакту (медь) и конечному минусовому (цинк).
Даже на трех картофелинах среднего размера можно получить почти 1,5 Вольта.
Если же по максимуму уменьшить все переходные сопротивления, а для этого:
- в контактах применить пайку
то всего 4 картошки способны выдать до 12 вольт!
Если ваш дешевый фонарик запитывается от трех пальчиковых батареек, то для успешного его свечения вам понадобится порядка 5 вольт. То есть, картошек при использовании обычных проводов нужно минимум в три раза больше.
Для этого кстати, не обязательно искать дополнительные клубни, достаточно ножом разрезать существующие на несколько частей. После чего проделать с проводками и гвоздиками всю ту же самую процедуру.
В каждый разрезанный клубень последовательно вставить один оцинкованный и один медный гвоздик. В итоге вполне реально получить постоянное напряжение более чем 5,5В.
А можно ли теоретически из одной единственной картошки, получить 5 вольт и при этом добиться того, чтобы вся сборка по размеру была не больше пальчиковой батарейки? Можно и очень легко.
Отрезаете маленькие кусочки сердцевины с картошки, и прокладываете их между плоскими электродами, например монетками из разного металла (бронза, цинк, алюминий).
В итоге у вас должно получится что-то наподобие сэндвича. Даже один кусочек такой сборки способен давать до 0,5В!
А если собрать их несколько штук вместе, то требуемое значение до 5В легко получится на выходе.
Сила тока
Казалось бы все, цель достигнута, и осталось только найти способ подключить проводки к контактам питания фонарика или светодиодов.
Однако проделав такую процедуру и собрав не слабую конструкцию из нескольких картох, вы будете очень сильно разочарованы итоговым результатом.
Маломощные светодиоды конечно будут светиться, как-никак напряжение вы все-таки получили. Однако уровень яркости их свечения будет катастрофически тусклым. Почему так происходит?
Потому что, к сожалению, такой гальванический элемент дает ничтожно низкий ток. Он будет настольно малым, что даже не все мультиметры способны его замерить.
Кто-то подумает, раз не хватает тока, нужно добавить еще побольше картошки и все получится. Вот видео эксперимент с использованием 400-х! картофелин и подключением от них светодиодной лампочки аж на 110Вольт.
Безусловно, существенное увеличение клубней позволит поднять рабочее напряжение.
При последовательном соединении десятков и сотен картошек, увеличится напряжение, но не будет самого главного - достаточной емкости для увеличения силы тока.
Да и конструкция вся эта не будет рационально пригодной.
Практичный способ с варенной картошкой
Но все-таки, есть ли простой способ, как повысить мощность такой батарейки и уменьшить габариты? Да, есть.
Например, если для этой цели использовать не сырую, а варенную картошку, то мощность такого источника электричества увеличивается в несколько раз!
Чтобы собрать удобную компактную конструкцию, воспользуйтесь корпусом от старой батарейки формата С (R14) или D(R20).
Удаляете все содержимое внутри (естественно, кроме графитового стержня).
Вместо начинки все пространство заполняете варенной картошкой.
После чего собираете конструкцию батарейки в обратном порядке.
Цинковая часть корпуса старой батарейки, здесь играет существенную роль.
Общая площадь внутренних стенок получается гораздо большей, чем просто воткнутые гвоздики в сырую картоху.
Отсюда и большая мощность и КПД.
Один такой источник питания будет легко выдавать почти 1,5 вольта, также как и маленькая пальчиковая батарейка.
Но самое главное для нас это не вольты, а миллиамперы. Так вот, такая "вареная" модернизация, способна обеспечить ток до 80мА.
Такими батарейками можно запитать приемник или электронные светодиодные часы.
Причем вся сборка проработает уже не секунды, а несколько минут (до десяти). Больше батареек и картохи, больше автономного времени работы.