Citronu akumulators ir klasisks zinātnisks eksperiments, ko izmanto, lai demonstrētu ķīmisko akumulatoru sistēmas pamatus. Lai veiktu šo eksperimentu, zinātniekam ir nepieciešams viens ļoti sulīgs citrons, cinkota vai cinkota tērauda nagla un tīra vara monēta vai sadzīves vara vadu daļa. Zinātniekam, kas ražo akumulatoru, ir nepieciešams arī vads ar aligatora spailēm katrā galā un jutīgs voltmetrs. Voltmetrus parasti var atrast datortehnikas veikala, elektroniskā hobiju veikala vai mājas uzlabošanas centra elektroapgādes sadaļā. Citronu akumulatora testēšanai var izmantot arī mazas gaismas diodes (LED) un citas elektriskās ierīces, lai gan parasti tam ir nepieciešami papildu citroni.
Kā tas darbojas
Citronu akumulators balstās uz elektroniem un ķīmisku reakciju, kas notiek, kad metāli tiek ievadīti skābā maisījumā. Citronā ir ievērojams daudzums skābes sulas, kas zinātniskajā terminoloģijā ir “elektrolīts”. Skābe elektrolītā palīdz sadalīt metālu, piemēram, vara un cinka, atomu struktūru, izraisot atsevišķu elektronu izdalīšanos. Kad zinātnieks izveido ķēdi, savienojot divus metālus ar vadītāju, elektroni caur to izplūst kā elektriskais lādiņš, ko var noteikt uz voltmetra vai citas ierīces.
Akumulatora izgatavošana
Vispirms zinātniekam, kas veido citrona akumulatoru, vienā citrona galā rūpīgi jāievieto vara monēta vai sadzīves vara elektroinstalācija, pēc tam pretējā galā jāievieto cinkota nagla. Zinātniekam, kas to dara, ir svarīgi pārliecināties, ka abi metāli nesaskaras viens ar otru. Tas aizvērtu ķēdi, un metālu turēšana, kamēr tie pieskaras, var izraisīt vieglu elektriskās strāvas triecienu.
Maksas izveidošana
Nagla un monēta tagad ir kļuvuši par elektrodiem. Gan varš, gan cinks ļauj elektroniem plūst caur tiem, kas nozīmē, ka tie tiek uzskatīti par lieliskiem elektrības vadītājiem. Vara monēta vai stieple tiek uzskatīta par pozitīvu (+) elektrodu, bet ar cinka pārklājumu pārklāta nagla ir negatīva (-) elektrods.
Brīvi plūstošie elektroni, kas atrodami citronu sulas elektrolītā, dabiski vēlas pāriet no negatīvā uz pozitīvajiem elektrodiem. Cik ātri šie elektroni plūst, mēra kā strāvas stiprumu. Voltmetrs to uztver, parādot spriegumu, kas norāda ķēdē strādājošo “elektrisko spiedienu”.
Sprieguma mērīšana
Viens citrona akumulators nerada ievērojamu sprieguma daudzumu, taču jutīgam voltmetram vajadzētu noteikt kādu elektrisko izvadi. Zinātniekam vajadzētu savienot stieples pozitīvo klipu, galu ar sarkanu apvalku, ar vara monētu vai stiepli; un negatīvo klipsi, galu ar melnu apvalku, pie cinkotās naglas. Voltmetra digitālajam rādījumam vai analogajam skalam vajadzētu parādīt nelielu sprieguma skaitli, parasti mazāku par vienu desmito daļu no volta. Ar to parasti nepietiek, lai darbinātu digitālo pulksteni vai darbinātu spuldzi, taču tas parāda, ka citrona akumulatorā ķīmiskās reakcijas rezultātā ir ģenerēta elektriskā strāva.
Maksas palielināšana
Lai gan vienas šūnas citrona akumulators ir funkcionāls, tas nodrošina nelielu jēgpilnu elektrisko lādiņu. Papildu spriegumu var nodrošināt, palielinot elementu vai citronu skaitu akumulatorā. Citronu sērija var darboties kopā kā viens akumulators, izmantojot papildu vadus, kas pievienoti no viena citrona pozitīvā elektroda, vara daļas, līdz otra citrona negatīvajam galam, cinka naglai.
Apmēram četriem šādi virknē savienotiem citroniem vajadzētu nodrošināt pietiekami daudz jaudas, lai iedegtu nelielu LED. Zinātniekam vajadzētu savienot negatīvo vadu no viena citrona gala ar LED vadu, kas ir vistuvāk saplacinātajai korpusa vietai. Pēc tam viņš vai viņa var savienot pozitīvo vadu no otra citrona gala ar otru vadu. Gaismas diodes centrā vajadzētu iedegties vājam, bet pamanāmam mirdzumam; akumulatoram var pievienot papildu citronus vai šūnas, lai iegūtu lielāku uzlādi un vēl spilgtāku mirdzumu.