3 Genialnych. profesorów. bateri e naturalne. warzyw? bateria. prąd elektryczny. Doktor Query Profesor Challenge Profesor kaizen

Transkrypt

1 3 Genialnych 3 Genialnych profesorów bateri e naturalne atom ektrony energ ia z warzyw? prąd elektryczny bateria cytrynowa Doktor Query Profesor Challenge Profesor kaizen

2 Około roku 1870 włoski naukowiec Luigi Galvani spostrzegł, że nogi żaby podkurczały się, gdy dotykał je metalowym przedmiotem przypominającym nożyczki. Galvani przypuszczał, że dzieje się tak za sprawą elektryczności, wytwarzanej przez tkanki żaby. Galvani opowiedział o odkryciu swojemu przyjacielowi Alessandro Volcie. Jednak Volta nie uznał jego wyjaśnienia za wystarczające. Uważał, że elektryczność była wytwarzana przez metalowy instrument, a nie tkanki żaby. Volta zauważył, że jeśli włoży język pomiędzy dwie monety wykonane z różnych metali, czuje na podniebieniu dziwny kwaśny smak. Uznał, że jest to skutkiem jakiejś reakcji chemicznej, w wyniku której powstaje prąd elektryczny. Pierwszą swoją baterię skonstruował z płytek z cynku i miedzi, pomiędzy które włożył kawałki materiału nasączonego roztworem soli. To niesłychane odkrycie MIEDŹ WILGOTNA SZMATKA CYNK W tamtym czasie nie było przyrządów, pozwalających na zmierzenie natężenia prądu elektrycznego. Najczęściej ładunek elektryczny szacowano w oparciu o skutki odczuwane przez ciało człowieka, zwłaszcza przez podniebienie. Volta stwierdził, że im więcej dokładał płytek z cynku pomiędzy wilgotną ściereczkę i miedzianą płytkę, tym wyładowania na podniebieniu były bardziej intensywne. W ten sposób wynalazł pierwsze urządzenie zdolne do wytwarzania prądu przez dłuższy czas. Profesor Wyzwanie sprawdza po kilku godzinach skutki eksperymentów na własnym języku. Wewnątrz baterii elektrycznych zachodzą reakcje chemiczne. W rezultacie powstaje nadmiar elektronów na jednym z biegunów (ujemnym), drugi z kolei jest biegunem o dodatnim ładunku. Jeśli podłączy się do baterii przewód, elektrony przewodu są odpychane przez biegun ujemny, a przyciągane przez dodatni. Elektrony zaczynają przepływać tak właśnie powstaje prąd elektryczny.

3 Atomy i prad elektryczny Wszystko co nas otacza jest zbudowane z małych cząstek zwanych atomami. Każdy atom przypomina miniaturowy układ słoneczny. W samym środku znajduje się słońce, czyli jądro o ładunku dodatnim. Wokół jądra krążą planetki elektrony o ładunku dodatnim. CZĄSTECZKI Z ŁADUNKIEM DODATNIM + ATOM W m i e d z i a ny m d r u c i e a t o my s ą uporządkowane w podobny sposób jak jajka w pudełku. Przy tak ustawionych atomach elektrony położone najdalej od jądra odrywają się od swojej orbity i poruszają swobodnie pomiędzy atomami. CZĄSTECZKI Z ŁADUNKIEM UJEMNYM ATOMY ELEKTRONY PLASTIKOWA OSŁONA DRUT MIEDZIANY Gdy podłączymy przewód do dwóch biegunów baterii, masa elektronów przepływa w jednym kierunku, podobnie jak woda w rurze. Mamy do czynienia z prądem elektrycznym. ELEKTRONY PRĄD ELEKTRYCZNY

4 Jony SOLNICZKA ATOM SÓD Świat, który nas otacza z b u d o w a n y j e s t z przeróżnych substancji i materiałów. Znamy jednak tylko sto trzy pierwiastki chemiczne. Większość substancji czy materii składa się z różnych k o m b i n a c j i t y c h pierwiastków. SÓL CZĄSTECZKA SOLI ATOM CHLORKU SOLI Na przykład kryształek soli możemy rozdzielić na dwa składniki. Nie mówimy już wtedy o cząsteczce soli lecz atomach chlorku i sodu. Atomy łącząc się tworzą nowe związki, które nazywamy molekułami. Przykładowo wodę tworzy jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. W soli atomy chlorku i sodu wiążą się ze sobą, tworząc kryształki. Gdy atom chlorku spotyka się z atomem sodu zachodzi niezwykłe zjawisko atom chlorku łapie dwa z elektronów atomu sodu. Dzieje się tak, gdyż atom sodu nie przyciąga położonych dalej od jądra elektronów. W rezultacie atom chlorku staje się JONEM ujemnym (ma za dużo elektronów), a sód staje się JONEM dodatnim (ma za mało elektronów). Jako, że jeden z jonów jest dodatni, a drugi ujemny, oba przyciągają się i stają się jednym związkiem, który nazywamy solą. PIERWIASTKI CHEMICZNE

5 Bateria cytrynowa Jeśli chciałoby się rozdzielić w kryształku soli atomy sodu od atomów chloru przy pomocy noża, okazałoby się to zupełnie niemożliwe. Można jednak łatwo to zrobić, rozpuszczając sól we wodzie. Cząsteczki wody wyglądają jak małe pałeczki, o jednej krawędzi dodatniej, a drugiej ujemnej. Rozpuszczając sól, cząsteczki wody przyciągają jony chloru i sodu, rozdzielają je i wówczas jony mogą swobodnie poruszać się we wodzie. Wiele powszechnych substancji, takich jak kwasy, zasady i sole wytwarzają jony ujemne, jeśli rozpuszcza się je we wodzie. Dzięki tym jonom woda staje się elektrolitem, czyli płynnym przewodnikiem elektryczności. Jeżeli w szklance wody ze solą zanurzysz dwa przewody, z których jeden jest podłączony do dodatniego bieguna baterii, a drugi do ujemnego, ujemne jony chloru przemieszczają się w stronę bieguna dodatniego, a jony dodatnie w stronę bieguna ujemnego, wytwarzając prąd elektryczny. CYTRYNA Można przygotować prostą i niezbyt mocną baterię, zanurzając pręt miedziany i pręt cynkowy w elektrolicie. Ale skąd wziąć elektrolit? To zupełnie łatwe. Sok wielu owoców i warzyw jest elektrolitem, czyli wodą, w której są rozpuszczone kwaśne substancje, wytwarzające ujemne i dodatnie jony. Może to być choćby zwykła cytryna. Jak widzisz, nie wszystkie warzywa nadają się na baterie, choćby były nie wiadomo jak duże. DYNIE

6 Suche ogniwo GRAFIT W roku 1866 francuski inżynier Leclanché wynalazł baterię, w której nie było płynu lecz wilgotna pasta. Taka bateria była bezpieczniejsza i łatwiejsza do przenoszenia, więc wkrótce rozpowszechniła się. Współcześnie używane baterie są udoskonaloną wersją wynalazku Leclanchégo. Tradycyjna sucha bateria jest zbudowana z cynkowego zbiornika lub szkła, który pełni rolę bieguna ujemnego. Wewnątrz jest wilgotna pasta z chlorkiem amonu. Włożony w nią pręt węglowy pełni rolę bieguna dodatniego. MNO2 (+C) NH4CL (+ZNCL2) ZN Pomiędzy pojemnikiem cynkowym, a chlorkiem amonu zachodzi reakcja, podczas której atomy cynku uwalniają elektrony i zamieniają się na dodatnie, rozpuszczone w wilgotnej paście. W rezultacie w pojemniku pojawia się za dużo ładunków ujemnych, podczas gdy w węglowym pręcie jest ładunek dodatni. POJEMNIK NA ZUŻYTE BATERIE OSTRZEŻEN IE!!! Baterie nie są zabawkam i. Nie wolno ic h otwiera ć ani rozmontowywa ć. Baterie bardzo zanieczyszczają środowisko. Gdy s ą zużyt e, wyrzuć je do odpowiednio oznaczonego pojemnik a na zużyt e baterie lub oddaj je osobie dorosłej.

7 Elektroliza GRAFIT BATERIA Bateria elektryczna jest przykładem na to, w jaki sposób niektóre reakcje chemiczne mogą wytworzyć elektryczność. Można zrobić też coś zupełnie odwrotnego, czyli wykorzystać elektryczność do wytworzenia lub kontrolowania reakcji chemicznych, których nie da się przeprowadzić bez prądu CHLOREK elektrycznego. SŁONA WODA WODÓR W tym celu rozpuszcza się w pojemniku sól, do której wkłada się dwa pręty grafitowe. Jeden z tych prętów podłącza się do bieguna dodatniego (anody), a drugi do bieguna ujemnego (katody) generatora prądu. Przy biegunie dodatnim zaczną pojawiać się bąbelki chlorku, a przy biegunie ujemnym bąbelki wodoru. Podczas rozpuszczania soli we wodzie tworzą się wolne jony chlorku i wodoru. Jony chlorku są ujemne, więc pręt o ładunku dodatnim zaczyna je przyciągać. Gdy dotrą do pręta, uwalniają nadmiar elektronów, które stają się obojętnymi wolnymi atomami. Elektrolizę wykorzystuje się do różnych celów. W ten sposób pozyskuje się aluminium z minerału zwanego boksytem lub tlen i wodór z wody. BATERIA WODOROWA W niezbyt odległej przyszłości baterie wodorowe staną się czystym i ekologicznym źródłem alternatywnej energii. Popatrz, jak obaj profesorowie zastosowali tę baterię do swojego tandemu. Pedały nie są im już potrzebne!

8 BATERIA GWÓŹDŹ Galwanizacja MIEDŹ WODA + ROZTWÓR SIARCZANU Elektrolizę można zastosować w procesie zwanym galwanizacją. Polega on na odkładaniu cienkiej powłoki odpornego na korozję metalu, na przykład chromu, niklu lub złota, na innym metalu o słabszej odporności na korozję np. stali. Przykłady zastosowania tego procesu znajdują się w naszym otoczeniu części rowerowe lub samochodowe są chromowane, czyli stalowe elementy pokryto warstwą chromu. W rezultacie nie tylko są odporne na rdzewienie, ale też pięknie lśnią. Jeśli chcemy pokryć miedziany gwóźdź (lub inny przedmiot) warstwą miedzi, zanurzamy go oraz miedziany pręt w naczyniu, wypełnionym rozpuszczonym we wodzie siarczanem miedzi. Miedziany pręt jest podłączony do bieguna dodatniego, a gwóźdź do bieguna ujemnego. Stopniowo gwóźdź zaczyna pokrywać warstwa miedzi, a miedziany pręt rozpuszcza się.. Rozpuszczając siarczan miedzi we wodzie, jony miedzi poruszają się swobodnie i zostają przyciągnięte przez gwóźdź podłączony do bieguna ujemnego baterii. Gdy jony dotrą do gwoździa, jony miedzi wyłapują elektrony, które stają się obojętne i osadzają się na gwoździu. Dodatni biegun baterii podkrada elektrony miedzianego pręta, a następnie wytwarza dodatnie jony miedzi, które rozpuszczają się we wodzie. Profesor Kaizen podejrzliwie przygląda się złotemu kielichowi z XIV w., który kupił okazyjnie na pchlim targu. Nie wszystko złoto, co się świeci...

9 Elektrycznosc zwierzat Aleksander Volta nie był pierwszym, który wytworzył prąd elektryczny dzięki zastosowaniu reakcji chemicznych. Za jego czasów wiedziano już, że niektóre gatunki ryb potrafią wytworzyć pole elektryczne. Na przykład ryba, żyjąca w wodach niektórych rzek afrykańskich potrafi wytworzyć wyładowanie o napięciu 350 V. Innym przykładem jest elektryczny węgorz, mieszający w rzekach Ameryki Południowej, którego wyładowania elektryczne osiągają nawet ponad 600V. Zwierzęta te posiadają zmodyfikowane komórki mięśniowe lub nerwowe, które tworzą płytki przypominające baterie, zdolne do wytwarzania pola elektrycznego. Pola te mogą wywołać wyładowanie, którego napięcie i częstotliwość jest kontrolowane przez mózg ryby. Elektryczne ryby nie tylko wytwarzają elektryczność, ale też potrafią ustalać położenie. Ta umiejętność pozwala im na ukrycie się w błotnistej wodzie lub znalezienie ofiary ukrytej w piasku lub Profesor Challenge w trakcie wśród glonów. eksperymentu. Czy ryby elektryczne można złowić na wtyczkę? Jak myślisz? Dzięki umiejętności wytwarzania elektryczności ryby te mogą zabić lub ogłuszyć ofiarę, albo wprowadzić w błąd potencjalnych wrogów. Pomaga im to również w rozmnażaniu. WTYCZKA ELEKTRYCZNY WĄŻ

10 Z a w s z e g o t o w y d o e k s p e r y m e n t o w a n i a. Ruchliwy i roztargniony. Pracę przerywa jedynie na popołudniową herbatę. Miłośnik muzyki popularnej, zwłaszcza polek. Jeśli jest ktoś taki, który nigdy nie przestaje zadawać pytań, to jest to właśnie doktor Pytalska. Oprócz zagadek uwielbia czekoladę i wszelkie ciasta. o r P D e f o k s t o r or C h Q a u ll e e r n y g e Niestrudzony w pracy, stale dążący do doskonałości. Systematyczny, dociekliwy i bardzo cierpliwy. Zawsze skory do płatania psikusów, zwłaszcza swoim dwóm współpracownikom. Profesor kaizen DO ZOBACZENIA W NASTĘPNYCH PRZYGODACH! Miniland S.A. P.Ind. La Marjal I C/ La Patronal s/nº ONIL (Alicante) ESPAÑA Tel. Atención al Cliente Call Center miniland@miniland.es NATURAL BATERY