Pelkkä pinoaminen synnyttää sähköä! Hampurilaistyylinen Voltan paristo ja hapetus-pelkistyksen draama
Olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on kokeilu.
Vain muutama tippa nestettä, ja pysähtynyt potkuri pärähtää vauhdilla käyntiin. Se tuntuu lähes taikuudelta, mutta kyseessä on ilmiö, joka muutti ihmiskunnan historian: pariston perusperiaate, jonka italialainen fyysikko Alessandro Volta löysi 1700-luvun lopulla. Tänään sukulaisemme metallien ja nesteiden luomaan ihmeelliseen energian draamaan SEPUP-tutkimusryhmässä tekemämme Voltan paristo -kokeen kautta.
Maailman ensimmäinen paristo keittiötyylillä: Voltan hampurilainen
Tässä kokeessa emme tarvitse monimutkaisia laitteita. Pääosassa ovat kuparilevy, sinkkilevy ja suodatinpaperi, jota käytetään nesteen imeyttämiseen. Näillä yksinkertaisilla tarvikkeilla sähkön tekeminen on yllättävän helppoa. Käytössämme oli Narikan toimittama valmis koesarja.
Valmistelemme ensin nämä siististi leikatut metallilevyt.
Testitapa on varsin hauska. Pinosimme kuparilevyn, suodatinpaperin ja sinkkilevyn päällekkäin kuin kerroshampurilaisen. Sitten tiputimme pipetillä muutaman tipan 10-prosenttista suolahappoa väliin ja…https://youtu.be/Og9WMH9wJssKuten näette, moottoriin kytketty potkuri alkoi pyöriä vinhasti!
Voltan pariston heikkous: Polarisaatio
Vaikka potkuri pyörii, Voltan paristolla on suuri akilleen kantapää. Hetken kuluttua pyöriminen alkaa hidastua ja hiipua. Mittasimme jännitteeksi noin 0,8 volttia. Syy selviää, kun tarkastelee kuparilevyn pintaa lähempää: se täyttyy pienistä vetykuplista, jotka ikään kuin eristävät levyn. Tätä ilmiötä kutsutaan polarisaatioksi. Syntyvä vety estää sähkön kulun, ja pariston elinikä loppuu nopeasti. Nykyajan paristot, kuten Danielin pari, on suunniteltu estämään tämä, mutta perinteisessä Voltan mallissa se on kiertämätön luonnonlaki.
Levyt mustaksi ja tehot kattoon? Yllättävä virityskonsti
Tässä kohtaa tiedekokeet muuttuvat todella mielenkiintoisiksi. Lähes pysähtyneen potkurin voi herättää henkiin yhdellä pienellä niksillä: kuumentamalla kuparilevyä kaasupolttimella, kunnes sen pintaan muodostuu hapetekerros.
Kun teimme kokeen uudelleen tällä ”nokeentuneella” kuparilevyllä, potkuri alkoi pyöriä jopa kovempaa kuin ensimmäisellä kerralla! Jännite hyppäsi noin 1,1 volttiin.Miksi likaiselta näyttävä levy antaa enemmän virtaa? Syy on siinä, että pinnan kuparioksidi auttaa vastaanottamaan elektroneja tehokkaammin.$$\text{(Anodi):} \text{Cu}\_2\text{O} + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cu} + \text{H}\_2\text{O}$$Tämä reaktio estää vedyn muodostumista ja antaa jännitteelle lisäpotkua. Kun jännite myöhemmin taas laskee ja levy otetaan pois, musta pinta on kadonnut ja levy on jälleen kirkasta, puhdasta kuparia. Tämän kokeen viehätys on juuri siinä, että näet silmilläsi, milloin reaktio on valmis.
Historiaa oppimassa yrityksen ja erehdyksen kautta
Voltan paristo ei pärjää suorituskyvyssä nykyisille akuille. Se on kuitenkin loistava työkalu kokea itse se suuri oivallus, että eri metallien yhdistäminen luo sähköä. Mitä syvemmälle aiheeseen sukeltaa, sitä enemmän sieltä löytyy kiehtovaa kemiaa, kuten kuparin rooli katalyyttinä. Vaikka Voltan paristo on hieman oikutteleva, juuri se saa meidät pohtimaan: Miten saisin tämän toimimaan vielä pidempään? Kehotan kaikkia kokeilemaan ja näkemään omin silmin, mistä paristojen historia alkoi.https://phys-edu.net/wp/?p=49892
Kyselyt ja yhteistyöpyynnöt
Tiede kuuluu kaikille! Olen koonnut sivuilleni hauskoja ja helppoja kokeita, joita voit kokeilla vaikka kotona. Käy tutkimassa ja inspiroidu!・Tiedonvinkit-blogini on nyt myös kirjana. Lue lisää täältä.・Lisätietoa kirjoittajasta (Ken Kuwako) löydät täältä.・Yhteydenotot (luennot, työpajat, TV-esiintymiset jne.) täältä.・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Katso kokeita videolla Tiedonvinkit-kanavalta!
