Al encontrarse en una isla desierta, el moderno Robinson podría disfrutar del placer de usar un reproductor, un teléfono inteligente o una linterna de bolsillo, siempre que pudiera extraer electricidad de los cocos y los plátanos.
Seguramente muchos de los del curso de física recuerdan o han escuchado que de las papas comunes, y no solo de ellas, se puede obtener algo de electricidad.
¿Qué se necesita para esto, y es posible de esta manera encender una linterna de baja potencia, un reloj LED alimentado por baterías redondas de 1-2 Voltios, o hacer funcionar un receptor de radio?
Y sí y no, echemos un vistazo más de cerca.
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Para entender que el voltaje de una papa no es una ficción, sino algo muy real, basta con pegar sondas afiladas de un multímetro en una sola papa e inmediatamente verá varios milivoltios en la pantalla.
Si complica un poco la estructura, por ejemplo, inserte un electrodo de cobre o una moneda de bronce en el tubérculo en un lado y algo de aluminio o galvanizado en el otro lado, entonces el nivel de voltaje aumentará significativamente.
El jugo de papa contiene sales y ácidos disueltos, que son esencialmente un electrolito natural.
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Por cierto, los limones, las naranjas y las manzanas se pueden utilizar con igual éxito. Así, todos estos productos pueden alimentar no solo a las personas, sino también a los aparatos eléctricos.
Dentro de tales frutas y verduras, debido a la oxidación, los electrones escaparán del ánodo sumergido (contacto galvanizado). Y se sentirán atraídos por otro contacto: el cobre. Sin embargo, no se confunda, aquí no se genera electricidad directamente a partir de patatas. Está bien producido precisamente debido a los procesos químicos entre los tres elementos:
- zinc
- cobre
- ácido
Y es el contacto de zinc el que sirve aquí como consumible. Todos los electrones fluyen lejos de él. En determinadas condiciones, incluso el suelo de tierra puede proporcionar electricidad. La principal condición es su acidez.
Batería de tierra
El aumento de la acidez del suelo es un problema para los agrónomos, pero una alegría para los ingenieros eléctricos. El contenido de iones de hidrógeno y aluminio en la tierra le permite literalmente pegar dos palos (como de costumbre, zinc y cobre) en la olla y obtener electricidad. Nuestro resultado es 0,2 V. Para mejorar el resultado, se debe regar el suelo.
Es importante entender que la electricidad no se genera a partir de limones o patatas. Esta no es en absoluto la energía de los enlaces químicos en las moléculas orgánicas, que es absorbida por nuestro cuerpo como resultado del consumo de alimentos. La electricidad se genera por reacciones químicas que involucran zinc, cobre y ácido, y en nuestra batería es el clavo el que sirve como consumible.
Ensamblar una batería de papas
Entonces, esto es lo que necesita para ensamblar una batería más o menos capacitiva:
Patatas, varias piezas, ya que una de ellas servirá de poco.
Cobre, preferiblemente alambres de un solo núcleo, cuanto mayor sea la sección, mejor.
Clavos o tornillos galvanizados y de cobre (solo se puede usar alambre).
Los clavos jugarán el papel principal en la generación de electricidad para la linterna, los clavos galvanizados son un contacto negativo (ánodo), los clavos chapados en cobre son una ventaja (cátodo).
Si usa clavos simples en lugar de galvanizados, perderá hasta un 40-50% de tensión. Pero como opción, seguirá funcionando.
Lo mismo se aplica al uso de alambre de aluminio en lugar de clavos. Al mismo tiempo, un aumento en la distancia entre los electrodos en una papa no juega un papel especial.
Tome cables de cobre (mono núcleo) con una sección transversal de 1,5-2,5 mm2, 10-15 cm de largo. Quítelos del aislamiento y átelos a un clavel.
Por supuesto, es mejor soldar, entonces la pérdida de voltaje será mucho menor.
Un clavo de cobre en un lado del alambre y galvanizado en el otro.
Luego, extienda las papas y péguelas constantemente con clavos. En este caso, se clavan diferentes clavos en cada tubérculo, de diferentes pares de alambres. Es decir, debe tener un contacto de zinc y un contacto de cobre en cada papa.
Los diferentes tubérculos están conectados entre sí, solo a través de clavos hechos de diferentes materiales: cobre + zinc - cobre + zinc, etc.
Medidas de voltaje
Digamos que tiene tres papas y las conectó como se describe arriba. Para averiguar cuál es el voltaje, use un multímetro.
Cambie al modo de medición de voltaje CC y conecte las sondas de medición a los conductores de las patatas extremas, es decir. al contacto positivo inicial (cobre) y al contacto negativo final (zinc).
Incluso tres patatas de tamaño mediano pueden producir casi 1,5 voltios.
Sin embargo, si reduce todas las resistencias de transición al máximo, y para ello:
- no use un clavo como electrodo de cobre, sino el mismo cable con el que se ensambla el circuito
- usar soldadura en contactos
¡entonces solo 4 patatas son capaces de producir hasta 12 voltios!
Si su linterna barata funciona con tres pilas AA, necesitará unos 5 voltios para brillar con éxito. Es decir, cuando usa cables comunes, necesita al menos tres veces más papas.
Para esto, por cierto, no es necesario buscar tubérculos adicionales, basta con cortar los existentes en varias partes con un cuchillo. Luego haga el mismo procedimiento con cables y espárragos.
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Inserte un montante galvanizado y uno de cobre en cada tubérculo cortado. Como resultado, es muy posible obtener un voltaje constante de más de 5,5 V.
¿Es posible, teóricamente, obtener 5 voltios de una sola papa y al mismo tiempo asegurarse de que todo el conjunto no sea más grande que el tamaño de una batería de dedo? Es posible y muy fácil.
Corta pequeños trozos del corazón de las patatas y colócalos entre electrodos planos, por ejemplo, monedas de diferentes metales (bronce, zinc, aluminio).
Al final, deberías terminar con algo como un sándwich. ¡Incluso una pieza de un conjunto de este tipo es capaz de suministrar hasta 0,5 V!
Y si reúne varios de ellos juntos, entonces el valor requerido de hasta 5 V se obtendrá fácilmente en la salida.
Fuerza actual
Parecería que todo, el objetivo se ha logrado, y solo queda encontrar una forma de conectar el cableado a los contactos de alimentación de la linterna o los LED.
Sin embargo, después de haber realizado este procedimiento y haber ensamblado una construcción no débil de varias tarjetas, quedará muy decepcionado con el resultado final.
Los LED de baja potencia, por supuesto, se iluminarán, después de todo, todavía recibes voltaje. Sin embargo, el nivel de brillo de su brillo será catastróficamente tenue. ¿Por qué está pasando esto?
Porque, desafortunadamente, tal celda galvánica da una corriente insignificante. Será tan pequeño que ni todos los multímetros podrán medirlo.
Alguien pensará que, dado que no hay suficiente corriente, es necesario agregar más papas y todo saldrá bien.
Por supuesto, un aumento significativo de los tubérculos aumentará el voltaje de trabajo.
Cuando decenas y cientos de patatas están conectadas en serie, el voltaje aumentará, pero lo más importante no será: capacidad suficiente para aumentar la intensidad de la corriente.
Y todo este diseño no será racionalmente adecuado.
La forma práctica con patatas hervidas
Pero aún así, ¿existe una forma sencilla de aumentar la potencia de dicha batería y reducir su tamaño? Sí hay.
Por ejemplo, si para este propósito no usa papas crudas, sino hervidas, ¡entonces el poder de dicha fuente de electricidad aumenta varias veces!
Use una batería vieja C (R14) o D (R20) para un diseño compacto conveniente.
Retire todo el contenido del interior (por supuesto, excepto la varilla de grafito).
En lugar de llenar, llene todo el espacio con papas hervidas.
Luego ensamble la batería en orden inverso.
La parte de zinc de la vieja caja de la batería juega aquí un papel fundamental.
El área total de las paredes internas es mucho mayor que los claveles clavados en papas crudas.
De ahí la alta potencia y eficiencia.
Una de esas fuentes de alimentación suministraría fácilmente casi 1,5 voltios, al igual que una pequeña batería AA.
Pero lo más importante para nosotros no son los voltios, sino los miliamperios. Por lo tanto, dicha actualización "hervida" es capaz de proporcionar una corriente de hasta 80 mA.
Estas baterías pueden alimentar un receptor o un reloj LED electrónico.
Además, todo el conjunto funcionará no durante unos segundos, sino durante varios minutos (hasta diez). Más baterías y patatas, más batería.
Batería de limón
Pila acética. Una bandeja para cubitos de hielo puede ayudarlo a diseñar una batería de celdas múltiples con vinagre como electrolito. Utilice tornillos galvanizados y alambre de cobre como electrodos. Después de llenar la batería con vinagre y conectarle una lámpara LED, intente llenar gradualmente y remover sal de mesa en las celdas: el brillo del resplandor crecerá ante nuestros ojos.
Las frutas jugosas, las patatas tiernas y otros alimentos pueden servir como alimento no solo para las personas, sino también para los aparatos eléctricos. Para obtener electricidad de ellos, necesita un clavo o tornillo galvanizado (es decir, casi cualquier clavo o tornillo) y un trozo de alambre de cobre. Para registrar la presencia de electricidad, un multímetro doméstico será útil, y una lámpara LED o incluso un ventilador alimentado por baterías ayudarán a demostrar más claramente el éxito.
Tritura el limón en tus manos para romper las particiones internas, pero no dañes la cáscara. Inserte el clavo (tornillo) y el alambre de cobre de modo que los electrodos estén lo más cerca posible entre sí, pero sin tocarse. Cuanto más cerca estén los electrodos, es menos probable que estén separados por una partición dentro de la fruta. A su vez, cuanto mejor sea el intercambio iónico entre los electrodos del interior de la batería, mayor será su potencia.
La esencia del experimento fue colocar los electrodos de cobre y zinc en un ambiente ácido, ya sea un baño de limón o vinagre. El clavo servirá como electrodo negativo o ánodo. El alambre de cobre se designa como electrodo positivo o cátodo.
En un entorno ácido, se produce una reacción de oxidación en la superficie del ánodo, durante la cual se liberan electrones libres. Cada átomo de zinc deja dos electrones. El cobre es un agente oxidante fuerte y puede atraer electrones liberados por el zinc. Si cierra un circuito eléctrico (conecta una bombilla o un multímetro a una batería improvisada), los electrones fluirán desde el ánodo al cátodo a través de él, es decir, aparecerá electricidad en el circuito.
