الفيزياء

نشاط عملي يوّضح طريقة توليد طاقة كهربائية بواسطة “بطارية الليمون”

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

طريقة توليد طاقة كهربائية طاقة كهربائية بطارية الليمون الفيزياء

الأهداف

1- استخدام ليمونة لصنع بطارية تعمل.

2- اكتشاف كيفية سريان الكهرباء.

3– اختبار جودة أداء بطارية الليمون في ظل ظروف مختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– ليمونة طازجة

– سلك نحاسي صلب

– مسمار

– مقص أسلاك

– مشبك أوراق

– مقياس جهد فولت أو مقياس التيار الكهربائي

– برغي (لولب) مغطى بالزنك

– أسلاك كهربائية مزودة بملقط مسنن في جميع أطرافها

– نظارات واقية

 

خطوات العمل:

1- إضغط على الليمونة بلطف بينما تدحرجها على سطح الطاولة. هذه العملية ستحرر العصير الموجود في داخلها. احرص على إبقاء القشرة بحالة سليمة.

2- اقطع سلكاً طوله بوصتين (5 سم) مستعيناً بمقص الأسلاك، وربما تحتاج إلى مساعدة أحد الكبار للقيام بذلك. أدخل السلك بلطف في الليمونة بمقدار بوصة واحدة (2.5سم).

3- افرد مشبك الورق بشكل مستقيم ثم أدخله بمقدار بوصة واحدة (2.5 سم) في الليمونة. حاول أن تجعل مشبك الورق أقرب ما يمكن إلى القطب النحاسي من دون ملامسته .

4- حرّك لسانك داخل فمك بحيث يصبح رطباً ومهيأً للتجربة. الآن دع لسانك يلامس بلطف قطبي السلك في آن واحد. ستشعر بإحساس بسيط بالوخز. لقد بدأت الكهرباء التي ولّدتها الليمونة تسري عبر لسانك !

5- إذا كان لديك فولتميتر أو أميتر ، استخدم الأسلاك الكهربائية المزودة بالملاقط المسننة لربط أحد طرفيها بمشبك الأوراق والآخر بالسلك النحاسي، وإذا انحرف مؤشر القراءة إلى الجهة الخطأ ، فربما تكون قد قمت بتوصيل الدارة بشكل معكوس، وعليك في هذه الحالة تبديل قطبي التوصيل. دوّن القراءة التي تظهر على شاشة جهاز القياس.

 

قم بنزع بصيلة مصباح صغيرة، حوالي 1.5 فولت من مصباح الإضاءة اليدوي وأوصلها ببطارية الليمون التي صنعتها بنفسك، مستعيناً بالملقط المسنن. هل تحصل على ضوء؟

ربما لن تحصل على إضاءة، والسبب في هذا هو أن الكهرباء التي تولدها بطارية الليمون لا تزيد على 0.5 – 0.75 فولت، وهذا المقدار من الكهرباء لا يكفي لتحريض الإلكترونات عبر بصيلة المصباح التي استخدمتها.

 

بطارية ليمون متعددة الخلايا

كي تقوم بتوليد المزيد من الجهد الكهربائي حاول أن توصل بطاريتي ليمون أو أكثر معاً على التوالي.

في البداية، اصنع بطارية ليمون ثانية مشابهة لبطارية الليمون الأولى التي قمت بصنعها ، ثم استخدم الملقط المسنن كي تربط القطب المعدني مع إحدى البطاريتين بالقطب النحاسي في البطارية الثانية.

وبهذا تكون قد وصلت البطاريتين على التوالي وحصلت على بطارية ليمون متعددة الخلايا بجهد يبلغ حوالي ( 1.0 – 1.5 فولت ).

 

تستطيع الآن وصل طرفين محررين في البطارية متعددة الخلايا بمقياس الجهد كي تتأكد من الجهد الكهربائي الناتج.

أبعد مقياس الجهد واربط السلكين ببويصلة المصباح، هل تحصل على ضوء؟

إن كمية الكهرباء التي أنتجتها بطارية الليمون متعددة الخلايا تصل الآن إلى 1.5 فولت، ولكن عليك أن تتذكر أن الجهد الكهربائي يُمثل أحد شيئين نحتاج إليها كي نجعل الدارة تعمل على نحو صحيح.

 

ما زالت بطارية الليمون  قادرة على إنتاج تيار كهربائي ضئيل فقط، ونحتاج إلى تيار أكبر لتسخين السلك النحاسي الدقيق داخل بويصلة المصباح إلى درجة من التوهج وإصدار الضوء.

لكنك قد تكتشف أن بطارية الليمون متعددة الخلايا يمكن أن تُضيء لوحة إشارة رقمية صغيرة أو تُشغّل ساعة رقمية، لأن مثل هذه الأجهزة الدقيقة تحتاج إلى تيار كهربائي ضئيل.

 

بطاريات الفواكه

كرر التجربة باستخدام الأسلاك نفسها مع أنواع مختلفة من الفاكهة.

ارسم جدولاً وسجل عليه الجهد الذي تحصل عليه من كل فاكهة تقوم باستخدامها، ولكن عليك أن تدرك أنه كلما كانت الفاكهة التي تستخدمها في تجربتك تحوي نسبة أعلى من الأحماض أصبح مقدار الجهد الكهربائي الناتج أعلى قيمة.

 

كرر التجربة مع أي نوع من أنواع الفاكهة باستخدام أسلاك معدنية مختلفة، حاول مثلاً استخدام قطب نحاسي وآخر من الألمنيوم (يمكنك لف الألمنيوم حول عود تنظيف أسنان من أجل غرسة في الليمونة).

أو حاول استخدام قطب نحاسي وآخر من القصدير (استعمل برغياً أو لولباً مغلفاً بالقصدير) . أي من هذه الأقطاب ينتج كمية أكبر من الجهد الكهربائي ؟

 

بطارية يدوية

إذا كان لديك صفيحة صغيرة من النحاس وأخرى من الألمنيوم (يمكنك شراؤها من أحد محلات الخردوات)، حاول أن تصنع منها بطارية أكثر بساطة.

اربط أحد الملقطين المسننين في سلكي التوصيل بكلتا الصحيفتين. اربط الطرف الآخر من الأسلاك بمقياس التيار الكهربائي، ولكي تكمل الدارة، ضع يديك على إحدى الصفيحتين واليد الثانية على الصفيحة الأخرى.

إن العرق الموجود على يديك يعمل كمحلول كيميائي ناقل للكهرباء ويقوم بتزويد كمية كافية من الإلكترونات لتوليد مقدار ضئيل من التيار الكهربائي. هل أظهر مقياس التيار الكهربائي أي قراءة؟

 

تحليل النشاط:

إن بطارية الليمون التي قمت بصنعها مؤلفة من خلية واحدة ، وكانت تعمل مثل البطاريات أحادية الخلية التي تستخدمها لتشغيل جهاز الستريو الشخصي أو مصباح الجيب أو غير ذلك من الأجهزة الكهربائية المحمولة.

تتكون جميع الخلايا من إليكتروليت (محلول كيميائي ناقل) على شكل سائل أو معجون أو مادة صلبة ، وقطب موجب وقطب سالب .

والإلكتروليت هو عبارة عن حمض يعمل كمدخرة أو خزان للإلكترونات. يتفاعل القطب السالب مولداً دفقاً من الإلكترونات ، بينما يتلقى القطب الموجب هذه الإلكترونات .

 

وعندما يوصل القطبان بالدارة أو بأحد الأجهزة المراد تشغيلها تتدفق الإلكترونات من السالب إلى موجب مولدة تياراً كهربائياً.

وفي تجربة بطارية الليمون أحادية الخلية كان العصير الحامض داخل الليمونة بمنزلة الإلكتروليت، وكان السلك النحاسي هو القطب الموجب المتلقي للإلكترونات، بينما كان مشبك الورق المعدني يمثل القطب السالب المنتج للإلكترونات .

 

وعندما لامس لسانك القطبين الكهربائيين أو قمت بوصلهما بجهاز القياس اكتملت الدارة الكهربائية وحدث تفاعل كيميائي داخل الليمونة.

تجمعت الطاقة الناتجة عن الإلكترونات الموجودة داخل ذرّات عصير الليمون عند القطب السالب ثم تدفقت حول الدارة نحو القطب الموجب، وكان ذلك هو التيار الكهربائي المتدفق عبر الدارة.

 

ما العمل لو أنني لم أشعر بأي إحساس بالوخز في لساني ؟

أولاً، عليك التأكد من أنك تستخدم ليمونة طازجة ونديّة من الداخل، وربما تحتاج إلى استخدام ليمونتين كي تحصل على ليمونة مشبعة بالعصير من الداخل.

ضع السلكين بشكل متقارب وتأكد من رطوبة لسانك قبل ملامسته لهما .

وفي بعض الأحيان يساعد استخدام سلك نحاسي سميك على تسهيل الإحساس بوخز التيار الكهربائي المتدفق.

 

نصائح للسلامة

إن كمية الكهرباء التي تولدها الليمونة لا تسبب أي ضرر، لكن إحذر عند ملامسة لسانك للأسلاك من إصابتك بأي جروح.

 

بطارية الليمون

إن مصدر الكهرباء في خلية الليمون، هو تدفق الإلكترونات حول الدارة.

تتجمع الإلكترونات الإضافية في الليمونة في الطرف النهائي لمشبك الورق القطب السالب، ثم تتدفق إلى نهاية السلك النحاسي القطب الموجب، حيث توجد كمية قليلة من الإلكترونات.

ولا تحتاج إلى سلك لإتمام الدارة، لأن الدارة قد اكتملت عندما لامست القطبين بلسانك.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق