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Vergleich von Äpfeln, Orangen und Batterien

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Vergleich von Äpfeln, Orangen und Batterien

Ich mag Lebensmittel, Wissenschaft und Elektronik. Natürlich bedeutet das, dass ich von Zeit zu Zeit mit meinem Essen spiele.

Ich denke, es ist wichtig zu verstehen und zu verstehen, indem man - leider die meisten aus dem Regal Batterien sind nicht freundlich oder sicher auseinander genommen und experimentiert mit. Wahrscheinlich haben Sie von Zitrone Batterien, Kartoffel-Batterien und jede Anzahl von Variationen gehört - so lassen Sie mich Ihnen noch eine bringen. Die Apfel-Batterie.

Es ist eine hilfreiche Analogie für mich, verschiedene Eigenschaften von Batterien zu verstehen, und ich hoffe, es wird ein lustiger Abend Ablenkung sein.

* Entschuldigungen - keine Orangen hier.

Schritt 1: Materialien und Theorie

Vergleich von Äpfeln, Orangen und Batterien

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Wie die meisten Experimente, benötigen Sie einige Materialien. Zum Glück sind die meisten recht einfach zu kommen ... mit Ausnahme eines Multimeters vielleicht.

Du brauchst:

-mehrere Zinknägel oder -schrauben *

-mehrere Stahlnägel oder -schrauben *

-Ein Apfel Sie nichts dagegen, nicht zu essen

- einige Krokodilklemmen oder Drähte und Multimeter-Sonden

-ein Multimeter (zur Messung von Strom oder Spannung) **

- eine LED (Light Emitting Diode - Rot wird empfohlen, wie noch erläutert wird)

* Jedes Paar von zwei ungleichen Metallen wird im Prinzip funktionieren. Zum Beispiel würden Kupferdraht und Stahlnägel auch funktionieren. Allerdings ist die Chemie so, dass die Zink- und Stahl-Kombination die größte Spannung pro Zelle ergibt.

** Multimeter sind nicht unbedingt kostspielig. Sie können wählen, eine sehr billige für $ 10- $ 15 oder eine ziemlich anständige für $ 40- $ 50

Schritt 2: Hook Things Up

Vergleich von Äpfeln, Orangen und Batterien

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Zuerst fangen wir an, eine grundlegende Zelle anzuschließen, und es ist ziemlich einfach und einfach.

Stick eine Zink-Schraube in einem Ende, und ein Stahl-Nagel in der anderen.

Bringen Sie ein negatives (gezeigt in schwarzem) Draht zum Zink und ein positives (gezeigt in rotem) Draht zum Stahl an.

Schritt 3: Whole Apple Cell

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Als nächstes werden wir das Multimeter an unsere Einzelzellen-Apfel-Batterie anschließen.

Ein Multimeter kann mehrere elektrische Größen (also das "Multi") messen.

Hier messen wir die Leerlaufspannung (die Batterie schaltet nichts) mit dem Multimeter-Set, um die Spannung zu messen. Wir bekommen fast 0,45 Volt aus einer Zelle! Gar nicht so schlecht.

Ich messe auch den Kurzschlussstrom (der den maximalen Strom fließen lässt) durch das Multimeter. Wir messen nur etwa 66 uA *. Das ist nicht so beeindruckend. Mal sehen, ob wir das verbessern können.

* MicroAmperes oder 0,000001 Ampere. Als Referenz kann Ihre typische Hand-Taschenlampe 0,5 A nehmen.

Schritt 4: Sektionierte Apple Cell

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Jetzt könnten wir einen Bund mehr Äpfel bekommen und machen mehr Batteriezellen auf diese Weise, aber es stellt sich heraus, die Spannung und Strom einer Zelle ist nur abhängig von der Chemie dieser Zelle, und nicht die Größe. Dies ist der Grund, warum AAA, AA und D-Zellen-Batterien können alle die Spannung haben, unterscheiden sich jedoch stark in der aktuellen Lieferfähigkeit und Lebensdauer.

Um mehr Äpfel für das Essen zu sparen, schneiden Sie Ihren Apfel in mehrere Abschnitte. (Wieder, essen Sie nicht einen Apfel, sobald Sie auf ihm experimentiert haben). Ich habe mich entschlossen, sie in Viertel zu schneiden.

Zuerst die Stahlnagel- und Zinkschraube an den gegenüberliegenden Enden positionieren und den Strom und die Spannung messen.

Ich messen 0.443 Volt und 39.1 uA. Beachten Sie, dass die Spannung ziemlich gleich geblieben ist, trotz der Änderung der Größe deutlich, während der Strom sank. Der Strom ist fallen gelassen, weil, während der Nagel und die Schraube den gleichen Abstand auseinander sind, gibt es weniger eine Querschnittsfläche für den Strom durchlaufen. Dies erhöht den inneren Widerstand der Zelle.

Okay, back up, können Sie sagen - eine Analogie könnte nützlich sein. Die Spannung ist analog zum Wasserdruck, während der Strom analog zur Wasserströmung ist. Ebenso kann der Innenwiderstand der Batterie als der Durchmesser des Rohres angesehen werden, den das Wasser (Strom) durchströmt. So haben wir festgestellt, dass durch die Verringerung der Querschnitt des Apfels, wir haben den Widerstand erhöht und verringerte den Strom.

Nächste Position der Stahl Nagel und Zink Schraube näher zusammen auf etwa die Hälfte der Entfernung.

Ich messe 0.447 Volt und 71.4 uA. Das ist besser! Wir haben mehr Strom aus unserer Zelle bekommen, indem wir den inneren Widerstand reduzieren, indem wir den Weg verkürzen. Dies ist analog zur Verringerung der Rohrleitungslänge.

Schritt 5: Optimierung der Zelle

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Also, wenn wir eine nützliche Batteriezelle wollen, wie sollen wir den Apfel formen und wo sollten die Metalle platziert werden?

Wir haben gesehen, dass, egal was wir tun, die Zellenspannung bleibt die gleiche. So sei es (für jetzt)

Eine Verringerung der Querschnittsfläche des Apfels verringert den Strom und die Vergrößerung des Abstands zwischen den Metallelektroden verringert ebenfalls den Strom.

Für eine bessere Stromausgabe wünschen wir eine große Querschnittsfläche und eng beabstandete Elektroden.

Ich messe die Apfelscheibe und bekomme 0,429 Volt und 82,2 uA. Groß! Einige Verbesserungen, aber wir werden es noch besser machen.

Als Nebenbemerkung musste ich dieses Set für eine kleine Weile verlassen, um einen Anruf zu nehmen. Als ich zurückkehrte, waren sowohl die Spannung als auch der Strom der Batterie zurückgegangen, ähnlich wie eine echte Batterie während ihrer gesamten Lebensdauer. In diesem Fall könnte es mehrere Mechanismen dafür geben - der Apfel könnte austrocknen, die Elektroden könnten eine Oxidschicht entwickeln oder sogar einen schlechteren Kontakt mit dem Apfel herstellen.

Schritt 6: Nützliche Leistung?

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Okay, also können wir es noch besser machen. Wir brauchen nur kleine Würfel von Apfel, um eine anständige Querschnittsfläche, während Abstand Elektroden eng. (Achten Sie darauf, dass Sie die Elektroden nicht versehentlich kurzschließen, sonst bekommen Sie keinen Strom oder keine Spannung!)

Wir können unsere begrenzte Spannung zu erhöhen, indem mehrere dieser Zellen in Serie. Dies bedeutet, das Plus einer Zelle mit dem Negativ des nächsten zu verbinden, und so weiter, um aufeinanderfolgende Zellenspannungen zu addieren. Also, setzen 4 Zellen in Serie sollte auf etwa 4 * 0,43 V = 1,72 Volt aufzugeben

Ich messe 1.677 Volt für 4 Zellen in Serie. Beachten Sie, dass wir immer noch nur 87,5 uA für den Kurzschlussstrom messen - wir müssten Zellen parallel setzen, um unsere Stromfähigkeit zu erhöhen.

Mit dieser Spannung schalten wir eine rote LED ein, die eine Durchlassspannung von 1,8 Volt hat. * Wir erhalten ein schönes, dunkles, rotes Licht, wenn Sie den richtigen Winkel betrachten.

* Eine LED beginnt zu schalten, leitet Strom und emittiert Licht um seine Vorwärtsspannung. Deshalb wurde eine rote LED empfohlen. Eine blaue LED hat eine Durchlassspannung von etwa 3,3 V (kein Problem, wenn Sie mehr Geduld haben als ich beim Aufbau mehr Batteriezellen).

Schritt 7: Verständnis Batterie Analogien

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So haben wir nur die Oberfläche gekratzt, aber ich hoffe, ich habe Ihnen die Erforschung mit einer (sicheren) Batterie vorgestellt, die Sie aktiv ändern können Parameter und Dimensionen von.

Wenn Sie Batterien in Serie legen, können Sie die Spannung erhöhen.

Wenn Sie Batterien parallel einsetzen, können Sie den Strom erhöhen (wenn Sie dies mit echten Batterien tun, da ihre Spannungen nicht perfekt übereinstimmen).

Was würden Sie erwarten, dass der interne Aufbau einer 9V Batterie aussehen würde?

Schritt 8: Früchte deiner Arbeit und weitere Schritte

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Fühlen Sie sich frei , sich mit einem der Äpfel zu belohnen Sie nicht haben zu experimentieren.

Ich habe wirklich nur die Spitze einer Menge von Themen geweidet. Für weitere Informationen, können Sie sich einige der folgenden Links.

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