Voltahlaða

Þetta verkefni gengur út á það að búa til einfalda rafhlöðu. Hún er kennd við Alessandro Volta, líkt og SI-einingin fyrir rafspennu: volt.

Efni og áhöld

  • Sínkplötur
  • Koparplötur
  • Tauklútur; ýmislegt annað gegndræpt getur dugað, t.d. munnþurrkur, bómullarskífur, taudúkur eða karton
  • Ediksýra; aðrar sambærilegar sýrur virka líka, t.d. sítrónusýra eða matreiðsluedik
  • Grunn skál

Valkvæm áhöld

  • Spennumælir eða fjölmælir
  • Flísatöng eða álíka verkfæri
  • Límband, t.d. rafmagnslímband
  • Eitthvað til að tengja við voltahlöðuna; t.d. ljóstvist, klukku eða annað sem dregur lítinn straum

Framkvæmd

1

Klipptu tauklútinn niður í búta svo þeir passi við málmplöturnar.
Þú vilt að dúkarnir hylji plöturnar sæmilega svo þær snertist ekki óvart, en lafi ekki út því þá getur edikið smitast inn á milli platanna þar sem það á ekki heima.

Tauklútur klipptur fyrir voltahlöðu
Bútar undirbúnir fyrir málmplötur
Tauklútur og málmplötur fyrir voltahlöðu

2

Vættu bútana í ediki, kreistu umframmagn úr þeim og legðu á milli kopar- og sinkplötu.
Gættu þess að búturinn sé ekki svo blautur að úr honum leki þegar þú þrýstir plötunum saman, og að málmarnir snertist ekki.

Tauklútur vættur í ediki
Vættur klútur lagður milli málmplatna
Samloka úr kopar, sinki og ediksvættum klút

3

Mældu samlokurnar með fjölmæli.
Hver samloka ætti að gefa á bilinu 0,7–0,9 V. Stilltu fjölmælinn á jafnspennumælingu, V⎓. Ef næmni fjölmælisins er stillt handvirkt hentar að stilla hann á „20“, en „2000 m“ gefur aðeins nákvæmari gildi í millívoltum upp að 2 V.

Voltahlaða mæld með fjölmæli
Fjölmælir sýnir spennu voltahlöðu
Voltahlaða tengd við ljóstvist

4

Raðaðu nokkrum samlokum saman til að fá rafhlöðu með hærri spennu.
Gættu þess að fletir málmanna séu þurrir og ekkert edik leki út úr samlokunum og inn á milli þeirra.

Ef allt hefur gengið upp hefur þú búið til rafhlöðu með því að stafla upp nokkrum samlokum, sem hver um sig á að vera um 0,8 V. Rafhlaða úr þremur til fjórum samlokum úr kopar og sinki ætti því að vera í kringum 3 V og þannig með næga spennu til að kveikja á ljóstvisti.

Fleiri verkefni

  • Ljóstvistar, LED perur, þurfa um 3 V spennu til að lýsa, en lítinn straum. Athugaðu hvað gerist ef þú leggur fleiri ljóstvista við rafhlöðuna, þ.e. hliðtengir þá.
  • Raðtengdu tvo ljóstvista með því að tengja saman mínuspól annars og plúspól hins. Búðu til rafhlöðu sem getur kveikt á ljóstvistunum með því að tengja lausu endana við rafhlöðuna.
  • Finndu rafmagnstæki, t.d. litla klukku, sem gengur fyrir rafhlöðu og athugaðu hvort þú getir knúið hana með rafhlöðunni þinni með því að tengja hana við tækið með vírum. Athugaðu að þú þarft að kanna hversu mikla spennu tækið þarf.
  • Búðu til rafhlöðu sem hefur ekki nema u.þ.b. 1,5 V spennu, en gefur meiri straum en tvær raðtengdar samlokur geta gefið frá sér.

Hvað er í gangi?

Í ediksýrunni jónast lítill hluti ediksýrusameindanna svo í vökvanum verða lausar vetnisjónir, H+:

CH3COOH ⇌ CH3CO2− + H+

Við sinkplötuna oxast sinkið í Zn2+ og leysist upp í sýruna en eftir verða tvær rafeindir í málminum. Við það að tengja kopar- og sinkplöturnar saman flæða rafeindirnar yfir á koparmálminn þar sem vetnisjónirnar í sýrunni taka við rafeindunum og mynda vetnisgas, H2.

Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

Sink-kopar voltahlaða virkar því á oxun sinksins þar sem koparinn er í raun óvirkur hvati og mætti skipta út fyrir sambærilegan leiðara, t.a.m. grafít, ryðfrítt stál, gull eða platínu. Sinkið oxast en koparinn ekki.

Ítarefni