Вітаю, радіоаматори-самоделкіни!
Досить важливим моментом в історії людства став винахід електрики: вірніше, не просто його винахід, а той момент, коли електрична енергія з розряду дивовижних лабораторних штучок перейшла в корисне джерело енергії, що підвищує якість життя людей. Важливе відкриття відбулося в 1790 р, коли італійський фізіолог луїджі гальвані торкнувся лапки препарованої жаби двома інструментами, виконаними з різних металів. Лапка жаби здригнулася — а відбувається це, як відомо, від наявності навіть найменшої різниці потенціалів. Два метали, з яких були зроблені інструменти, утворили гальванічну пару, а розчином-електролітом послужила кров самої жаби. Пояснення цьому явищу зміг дати італійський вчений алессандро вольта (на честь якого з названа одиниця виміру-вольт) і в 1799 році він створив перший гальванічний елемент, в якому використовувалися мідний і цинковий електроди, поміщені в розчин сірчаної кислоти. Блок схема такого елемента представлена нижче.
Якщо занурені електроди з’єднати провідником — то електричний ланцюг замкнеться і по ній потече електричний струм. Що цікаво, величина виникає різниці потенціалів не залежить від площі пластин і обсягу електроліту — залежить вона від того, які метали взаємодіють, різні гальванічні пари дають різну напругу, від часток мілівольт, до одиниць вольт. Напруга можна збільшити, якщо послідовно з’єднати кілька елементів, як показано на зображенні нижче.
На даний момент складено так званий «електрохімічний ряд металів», який описує, наскільки добре можуть утворювати один з одним гальванічні пари ті чи інші метали. Чим ближче один до одного розташовані метали в ряду — тим менша напруга вони будуть давати, і навпаки. Самою «високовольтної» гальванічної парою буде літій і золото — напруга складе близько 4,72 в, проте така пара практично ніде не використовується, що логічно, враховуючи вартість золота. Сам електрохімічний ряд представлений нижче.
Часом гальванічні елементи виникають самі по собі: наприклад, коли намокає лист оцинкованого заліза. На аркуші напевно будуть матися будь-які подряпини, а отже в контакт з водою вступають і залізо, і цинк, а електролітом служить сама вода, якщо вона не ідеально дистильована. При цьому буде відбуватися повільне, але вірне руйнування цинку, а залізо залишиться цілим, поки не зникне весь цинк. Таке явище називають гальванічною корозією, до речі, саме з цієї ж причини забороняється робити скручування з мідних і алюмінієвих проводів.
Поспостерігати за явищем гальванічної корозії можна дуже просто в домашніх умовах — для цього знадобляться пара сталевих скріпок, а також шматочок цинку, наприклад, з непотрібної сольовий батарейки і шматочок мідної пластини. Скріпка встановлюється на пластинки, і все це занурюється на добу-дві в ємність з солоною водою.
Проходять добу і результат очевидний — скріпка на мідній пластинці здорово заіржавіла, а на цинковій пластині залишилася без іржі. В електрохімічному ряду залізо і цинк стоять зовсім поруч, гальванічна пара з них так собі, а отже і гальванічна корозія майже не протікає. Мідь і залізо стоять далеко один від одного, і ефект не змусив себе довго чекати.
Але все це було лише передмовою для найважливішого — самостійного виготовлення гальванічного елемента. Для цього буде потрібно кілька (мінімум 3) пластикових ємності об’ємом 50-100 мл з кришками, наприклад, підійдуть баночки від вітамінок. Вони і будуть служити в якості корпусу гальванічного елемента.
Для саморобного елемента буде використовувати стандартна пара дуже доступних металів — міді і цинку. Цинк можна дістати в сольовий батарейці, а мідь, наприклад, з мідного скотча, або з пластинок-радіаторів. В крайньому випадку можна використовувати скручений в спіраль оголений мідний дріт. Всередину ємності наливається вода з розчиненою в ній кухонною сіллю, потім всередину занурюються металеві електроди — при цьому вони не повинні торкатися один до одного. До кришки баночки прикручуються контакти, автор рекомендує мідний контакт закріплювати латунним гвинтом, цинковий — сталевим. Гумові прокладки використовуються для герметизації отворів.
Якщо виготовити кілька таких елементів, то їх можна з’єднати послідовно — напруги складуться. Один такий елемент дає напругу приблизно 1в, відповідно три елементи дадуть напругу близько 3-х вольт, чого вже буде достатньо для включення світлодіода.
Такі примітивні гальванічні елементи не видадуть великий струм-виміри показують всього 230 мка, проте для світлодіода навіть цього буде достатньо. Живити будь-який пристрій, а вже тим більше зарядити телефон таким струмом не вийде, а тому батарея не несе будь-якого практичного сенсу, проте, її варто зробити як мінімум заради цікавості в демонстраційних цілях. Також вона може послужити хорошим подарунком в шкільних кабінет фізики, враховуючи, що останнім часом учні бачать все менше справжніх практичних дослідів. Вдалої збірки!
