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本帖最后由 木有了 于 2016-7-23 23:33 编辑
土豆发电
前几天看到了好好朋友的微信朋友圈分享了上海幼升小的信息,某知名小学竟然有道奇葩的题目,如何用土豆发电
? 今天我就来帮助一下没有答上这道题的小伙伴们,一起来看看如何用土豆发电吧。
先来看这段有趣的视频吧
视频——"土豆发电"
我好像没权限放视频(⊙﹏⊙)b,不过我公众号里都有的
这个
5串
5并共由
25个单节电池组成的电池包,点亮了一个发光二级管和带动了一个石英钟。
我们来看看这个过程吧,先看看要准备哪些材料吧
? 首先当然是土豆了,其他还有铜片和锌片,导线
土豆好办,就去菜市场买吧,为了发出的电能足够高些,就多买些吧,老板来
10斤,理论上应该挑一些口感酸一点的土豆,有利于发电。为节约土豆,把它切成如下图所示的大小。(感觉变成了教做美食了)
图一 菜场买回来的新鲜土豆
图二 被切成小块的土豆
其次就是准备电极铜片和锌片。,这也好办,准备多片约10*20mm的铜皮,锌片也难不倒我,弄一点旧的电池外壳就可以了,注意电池要找酸性的干电池(也叫碳性),不要用碱性电池外壳。剪成差不多大小的一片一片,并清理干净
图三 铜片和锌片
用导线把这些铜片和芯片依次连接起来。
图四 在锌片和铜片上焊接上导线
分别把一片铜片和一块锌片插入到一个土豆中,现在我们用一个万用表来测一下,有电输出了。现在我们来测量一下一个土豆电池的电动势和内阻。这需要测两个值,一个开路电压,如果我们忽略万用表的影响
(认为它的内阻无穷大
),此时测到的电压就是这个电池的电动势,然后再测一个闭环电压
(串上一个电阻形成回路
),测量
电源的两端电压值。
图五 测量开路电压和带上680欧姆电阻负载的电压
根据欧姆定律
I=E/(R+r), 可以
r=R(E/U)-R
E 电动势
R =外部负载电阻值
r=电源内阻值
测量结果
开路电压
=0.779V 闭环电压
=0.232V
可以计算出,单个的土豆电池
电动势
=0.779V, 内阻
=680*(0.779/0.232)-680=1603欧
这个电池的性能够差劲的,为了能够让它带动一些小的设备,我们现在来做一个
5个串联的电池组,和一个
5串再
5并的电池组,以提高电源的电动势和降低电源内阻。
一组由五个土豆电池串联的电池组,点亮一个
LED
图六 5个串联起来的土豆电池点亮了一个LED
现在我们再来做
5组相同的电池,然后把这
5组电池并联起来,现在它有更好的性能了,可以让
LED 变得更更亮,
图七 25个土豆的电池让LED更亮了
我把负载换成一个宜家购买的最简单的石英钟,但只能让指针抖动,似乎还是推不动一个石英钟。但也难不到我,最简单的办法就是给土豆电池上并上一个电解电容,这样就可以大大降低电源内阻。现在石英钟可以正常工作了。
我在电池的输出上并联了一个电容器,内降低电池内阻,现在石英钟终于可以正常的工作了。
图八 并上电容的电源让石英钟也工作了
实验做完了,最后让我们来看看土豆发电的原理吧,其实这就是一个伏打电池原理。它就是把两种活泼特性不同的金属放在同一个电解液环境之中。在我的这个实验中,土豆的汁液成为了这个电池的电解液。
图九 化学原理
上图是比较典型的原电池原理,,还原性强的金属(在本实验中为锌),它更容易丢失
电子,它通过外部线路流向了铜,由于电子带负电荷,所以形成了负极,而得电子的铜变成了正极。
其化学反应方程如下:
负极:
Zn-2e-=Zn
正极:
Cu2+2e--=Cu
总反应方程
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
图十 伏打电池原型
1799年意大利人伏打,用银和锌中间加上湿盐水布,并把它堆积在一起,形成一个圆柱性的电池。这个伟大的发明,让我们有了将电能随身带走的可能性。
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