Farklı meyve veya sebzeler kullanarak piller inşa edeceğiz ve bunlardan hangisinin daha fazla elektrik enerjisi ürettiğini test edeceğiz. Bu deney kapsamında gerçekleştireceğimiz testler doğrultusunda, meyve veya sebzeleri gerçekten doğal bir elektrik enerjisi kaynağı olarak kullanıp kullanamayacağımızı belirlemeye çalışacağız.

Bazı teorik kavramlar

Pil çalışma prensibini açıklarken belirttiğimiz gibi, iki farklı metal - birinin elektron verebildiği ve diğerinin elektron alabileceği - belirli kimyasal çözeltilere yerleştirildiğinde, bu tüm unsurlar arasındaki kimyasal reaksiyonlar elektrik enerjisi üretir.

Bu deneyde elektrot olarak çinko ve bakır kullanacağız ve elektrolit olarak limon asidi - genel olarak narenciye olarak adlandırdığımız meyvelerin bileşiminde bulunan madde - kullanılacak: portakal, limon, greyfurt, mandalina, pomelo vb.

Çinko ve bakır elektrotlarını limon asidi içeren bir meyveye yerleştirdiğimizde, çinko bu asitle hızla reaksiyona girer ve elektron vermeye başlar. Böylece çinko elektrotu içinde bir oksidasyon süreci gerçekleşir ve elektronlar serbest kalır, bu elektronlar çinko iyonlarına dönüşür.

Çinko ve bakır elektrotu arasına bir yük bağladığımızda, elektronlar çinko elektrotundan bakır elektrotuna doğru hareket etmeye başlayacak ve yükü elektrik enerjisi ile besleyecektir. Bakır elektrotunun içinde başka bir kimyasal reaksiyon, indirgeme reaksiyonu, gerçekleşir; bu reaksiyon, bir elemana elektron eklenmesini içerir ve böylece meyvenin limon asidi içindeki hidrojen iyonları elektron alarak gaz halinde hidrojen oluşturur; yükü bağladığınızda bakır elektrotunun etrafında baloncuklar görürseniz, bunlar gaz halinde bulunan hidrojenin ürünleridir. Daha önce, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşüm sürecini daha ayrıntılı olarak sunduk. Bu sefer, kontrolsüz bir ortamda kullanılması son derece toksik ve tehlikeli olduğundan, elimizde bulunmayan ve kullanılmasının önerilmediği sülfürik asit yerine, daha önce bahsettiğimiz meyvelerde bulunan limon asidi kullanılacaktır.

Meyvelerden ve çinko ile bakır elektrotlarından oluşan pilin çalışıp çalışmadığını test etmek için, aşağıdaki iki unsuru kullanacağız: farklı renklerde LED'ler ve bir buzzer, bunları kısaca önümüzdeki paragraflarda tanımlayacağız (bunları sonraki makalelerde detaylı olarak açıklayacağız).

LED nedir?

LED'lerin ortaya çıkmasından önce, geleneksel ışık kaynakları akkor ampullerdi - ısıtma prensibi nedeniyle böyle adlandırılır.Ampul, içinde bir gaz (inert gaz - belirli koşullarda kimyasal reaksiyonlara katılmayan bir gaz türü, ampulün içindeki koşullar gibi) ve doğrudan elektrik kaynağına bağlı özel bir malzemeden yapılmış bir tel olan filament bulunan bir cam ampuldür. Yanındaki resimde, sıradan bir akkor ampulün yapısını görebilirsiniz.

Filament elektrik kaynağına bağlandığında ısınır ve böylece termal enerji (ısı) ve ışık enerjisi üretir. Ampulün içindeki gazın rolü, atmosferdeki oksijenle teması önlemektir (çünkü filament çok yüksek bir sıcaklığa sahip olduğundan, yakınındaki oksijeni ateşleyebilir) ve filamentin ısının etkisiyle aşınmasını azaltmaktır.

Ne yazık ki, akkor ampullerin verimliliği oldukça düşüktür; bunlar enerjinin yaklaşık %95'ini ısıya ve yalnızca %5'ini ışığa dönüştürmektedir. Resimde, filament çatladığında ve içindeki vakum veya gazın atmosferdeki oksijenle yer değiştirmeye başladığında ne olduğunu görebilirsiniz.

LED'ler, yarı iletken adı verilen malzemeler kullanılarak inşa edilir (ki bu isimden de anlaşıldığı gibi, ne iletken ne de yalıtkan olan, bu ikisinin bir kombinasyonu; bunları bir sonraki makalelerimizde tartışacağız). Ampulde olduğu gibi, LED besleme yapıldığında ısı ve ışık üretir, ancak ışık ve ısı oranı, akkor ampuldekinden çok daha iyidir (bir LED'in yaydığı ışık ile bir ampulün yaydığı ışık arasında, aynı miktarda elektrik enerjisi tüketildiğinde, bir LED, sekiz kat daha verimli olabilir).

LED'ler hakkında bazı hususları göz önünde bulundurmalısınız. Öncelikle, en önemlisi, LED'in belirli bir yönde beslenmesi gereken bir cihaz olduğudur (bir anot - güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanacak ve bir katot - güç kaynağının negatif kutbuna bağlanacak; güç kaynağına yanlış bağlanması, LED'in onarılamaz bir şekilde arızalanmasına yol açacaktır). LED'in kutuplarını belirlemenin birkaç yolu vardır:

• pozitif terminal (anot) negatif terminalden (katot) daha uzundur

• kapsül, negatif terminalin (katot) olduğu yerde bir çökme gösterir

• LED kapsülünün içine baktığınızda, pinlerden birinin çekiç şeklinde, diğerinin ise örs şeklinde olduğunu göreceksiniz. Çekiç şekli pozitif terminale (anot) karşılık gelirken, örs şekli negatif terminale (katot) karşılık gelir

İkinci olarak, LED belirli bir voltajda beslenmelidir: genellikle bu voltaj 1.6V ile 3V arasında değişir (besleme voltajı, LED'in yapısına ve çoğu durumda yayılan ışığın rengine bağlıdır). Kırmızı ışık yayan LED'lerin genellikle daha düşük bir besleme voltajına ihtiyaç duyduğunu ve mavi ışık yayan LED'lerin ise daha yüksek bir besleme voltajına ihtiyaç duyduğunu unutmayın. Şimdilik, bu bilgiler deneyimiz için yeterlidir (sadece LED'in terminallerini inşa edeceğimiz bataryanın terminalleriyle nasıl birleştireceğimizi bilmemiz gerekiyor ve kırmızı ışık yayan bir LED, bataryamızın çalışıp çalışmadığını test etmek için kullanacağımız ilk LED olacaktır - çünkü daha düşük bir besleme voltajına ihtiyaç duymaktadır).

Buzzer nedir?

Buzzer, besleme yapıldığında (devre elemanına bağlı olarak sürekli, kesik veya bir melodi şeklinde) ses çıkarabilen bir cihazdır. LED'de olduğu gibi, buzzer da belirli bir yönde beslenmelidir (yani bir pozitif ve bir negatif terminali vardır).

Gerekli malzemeler

♦ farklı meyveler: limon, portakal, greyfurt, kırmızı patlıcan, kivi

♦ kırmızı ışık yayan bir LED

♦ uçlarında krokodil klipsi olan iki tel

♦ bakır ve çinko elektrotları

♦ isteğe bağlı, mümkün olan en düşük voltajda çalışan bir buzzer (tercihen 1.5V)

Deney yapın, gözlemleyin ve not alın

Karşılaşacağınız en zor sorun, bakır ve çinko elektrotlarını bulmaktır. Ancak bu projemiz için bu bileşenleri temin etmenin en az iki yolu vardır. En basit olanı, bir inşaat malzemeleri dükkanından bakır levha ve çinko levha (çinko kaplı levha değil, çünkü bu sadece çok ince bir çinko tabakasına sahiptir) satın almaktır. İkinci seçenek, 2.5 mm² kesitli bir masif iletkeni soyarak bakır elektrotu elde etmek ve etiketini çıkardıktan sonra alkalin olmayan bir pilin dış kabuğunu (çinko-karbon) çinko elektrotu elde etmek için kullanmaktır. Alternatif olarak, metal kiremit için çiviler kullanabilirsiniz (genellikle çinko kaplıdır, yani ince bir çinko tabakası ile kaplıdır). Dikkat: bakırı pirinç ile karıştırmayın - bunlar benzer renklere sahip olsalar da elektriksel özellikleri farklıdır. Örneğin, 50 kuruşluk bir madeni para pirinçten yapılmıştır, bakırdan değil (yine de başka malzeme yoksa bunu da kullanabilirsiniz).

Meyveleri hazırlayın, masanın üzerinde yuvarlayarak ve avuçlarınızla hafifçe sıkarak içlerindeki suyu eşit şekilde dağıtmak için. Bu işlemi yapmamızın nedeni, elektrotlardan birinin limonun asidik bölgesine girmesini en aza indirmektir. Eğer böyle olursa, bataryamız çalışmayacaktır.

Çinko elektrotunu meyvenin içine yaklaşık iki santimetre yerleştirin. Bakır elektrotunu da aynı şekilde, iki santimetre derinliğe yerleştirin ve iki elektrot arasındaki mesafenin en az bir santimetre olmasına dikkat edin. Elektrotların birbirine herhangi bir yerde temas etmemesi önemlidir. Eğer temas ederlerse, ne kadar az olursa olsun, batarya çalışmayacaktır.

Uçlarında krokodil klipsi olan tellerle, kırmızı LED'i iki elektrotla bağlayacaksınız - daha uzun pin bakır elektrota, daha kısa pin çinko elektrota bağlanacak. LED yanarsa, ne kadar süreyle yandığını not edin. Elektrotları çıkarın, meyve suyunu üzerlerinden temizleyin ve başka bir meyve için işlemi tekrarlayın.

Daha kesin bir sonuç elde etmek için, tüm meyveleri analiz ettikten sonra, her bir meyve için üç kayıt elde edecek şekilde prosedürleri tekrarlayın. Her deneyden elde ettiğimiz bilgileri not almak için bir tablo çizeceğiz. Bu tabloda kullandığımız her meyve için LED'in ne kadar süreyle yandığını not edeceğiz.

Yayılan ışığın rengine bağlı olarak, LED'lerin ışık yaymaya başladığı minimum bir voltaj vardır. İşte bu nedenle şu ana kadar kırmızı ışık yayan LED'i kullandık.

Sonuç olarak, deneyi tekrar etmek istiyorsanız, önce kırmızı bir LED'in yanıp yanmadığını kontrol edin, ardından yeşil bir LED'i deneyin ve eğer o da yanıyorsa, mavi bir LED'i de test edin. Eğer meyvelerden biri ile hepsini yakmayı başarırsanız, bu yaklaşık 3V (Volt) voltaj üretebilir.

Ayrıca, bir LED ne kadar yoğun yanarsa, bataryanın o kadar büyük bir elektrik akımı ürettiği anlamına gelir. Ancak, eğer üretilen bataryalardan hiçbiri LED'i yakamazsa, çözüm daha fazla batarya bağlamaktır. Bunun için daha fazla elektrot ve bağlantı kablosuna ihtiyacımız olacak. LED'i yakmayı başaramadığımızı varsayalım ve tekrar denemek için meyvelerden üç batarya bağlamaya karar verelim. Buna seri bağlantı diyoruz. Seri bağlantının amacı elektrik voltajını artırmaktır ve bizim durumumuzda, üç bataryayı seri bağlayarak üreteceğimiz voltaj, her bir bataryanın ürettiği voltajların toplamına eşit olacaktır. Seri bağlantı yapmak için önce bir bataryanın negatif elektrodunu LED'in daha kısa pinine bağlayacağız. Ardından, ilk bataryanın pozitif elektrodunu ikinci bataryanın negatif elektroduna, ikinci bataryanın pozitif elektrodunu üçüncü bataryanın negatif elektroduna ve son olarak üçüncü bataryanın pozitif elektrodunu LED'in daha uzun pinine bağlayacağız. Elektrik bağlantılarını yapmadan önce, bunları doğru bir şekilde gerçekleştirmek için aşağıdaki görüntüyü inceleyin.

Bu yapı, herhangi bir standart LED'i yakmalıdır, ancak eğer öyle olmazsa, dört bataryanın seri bağlı olduğu bir yapı oluşturmanız gerekecek. Prensip aynıdır, ilk bataryanın negatif elektrodu LED'in negatif kutbuna (kısa pin) bağlanır, son bataryanın pozitif elektrodu LED'in pozitif kutbuna (uzun pin) bağlanır ve diğer elektrotlar için - bir bataryanın negatif elektrodu komşu bataryanın pozitif elektroduna bağlanacaktır.

Bu kategorideki makaleler