Genialnych 3Genialnych

3 Genialnych
profesorów
baatomterie naturalnze
ia
energ arzyw?
w
ny
o
ektr
prąd elektryczny
bateryianowa
cytr
Doktor Query
Profesor Challenge
Profesor kaizen
Około roku 1870 włoski naukowiec Luigi Galvani spostrzegł, że nogi żaby
podkurczały się, gdy dotykał je metalowym przedmiotem przypominającym
nożyczki. Galvani przypuszczał, że dzieje się tak za sprawą elektryczności,
wytwarzanej przez tkanki żaby.
Galvani opowiedział o odkryciu swojemu przyjacielowi Alessandro Volcie.
Jednak Volta nie uznał jego wyjaśnienia za wystarczające. Uważał, że
elektryczność była wytwarzana przez metalowy instrument, a nie tkanki
żaby.
Volta zauważył, że jeśli włoży język
pomiędzy dwie monety wykonane z
różnych metali, czuje na podniebieniu
dziwny kwaśny smak. Uznał, że jest to
skutkiem jakiejś reakcji chemicznej, w
wyniku której powstaje prąd elektryczny.
Pierwszą swoją baterię skonstruował z
płytek z cynku i miedzi, pomiędzy które
włożył kawałki materiału nasączonego
roztworem soli. To niesłychane odkrycie
MIEDŹ
WILGOTNA
SZMATKA
CYNK
W tamtym czasie nie było przyrządów, pozwalających na zmierzenie
natężenia prądu elektrycznego. Najczęściej ładunek elektryczny szacowano
w oparciu o skutki odczuwane przez ciało człowieka, zwłaszcza przez
podniebienie. Volta stwierdził, że im więcej dokładał płytek z cynku
pomiędzy wilgotną ściereczkę i miedzianą płytkę, tym wyładowania na
podniebieniu były bardziej intensywne. W ten sposób wynalazł pierwsze
urządzenie zdolne do wytwarzania prądu przez dłuższy czas.
Profesor Wyzwanie
sprawdza po kilku
godzinach skutki
eksperymentów na
własnym języku.
Wewnątrz baterii elektrycznych
zachodzą reakcje chemiczne. W
rezultacie powstaje nadmiar
elektronów na jednym z biegunów
(ujemnym), drugi z kolei jest
biegunem o dodatnim ładunku. Jeśli
podłączy się do baterii przewód,
elektrony przewodu są odpychane
przez biegun ujemny, a przyciągane
przez dodatni. Elektrony zaczynają
przepływać – tak właśnie powstaje
prąd elektryczny.
Atomy i prad elektryczny
Wszystko co nas otacza jest zbudowane z
małych cząstek zwanych atomami. Każdy
atom przypomina miniaturowy układ
słoneczny. W samym środku znajduje się
„słońce”, czyli jądro o ładunku dodatnim.
Wokół jądra krążą „planetki” – elektrony o
ładunku dodatnim.
CZĄSTECZKI Z
ŁADUNKIEM
DODATNIM +
W miedzianym drucie atomy są
uporządkowane w podobny sposób jak
jajka w pudełku. Przy tak ustawionych
atomach elektrony położone najdalej od
jądra odrywają się od swojej orbity i
poruszają swobodnie pomiędzy atomami.
ATOM
CZĄSTECZKI Z
ŁADUNKIEM
UJEMNYM –
PLASTIKOWA
OSŁONA
ATOMY
ELEKTRONY
DRUT MIEDZIANY
Gdy podłączymy przewód do dwóch biegunów baterii, masa elektronów
przepływa w jednym kierunku, podobnie jak woda w rurze. Mamy do
czynienia z prądem elektrycznym.
ELEKTRONY
PRĄD ELEKTRYCZNY
Jony
ATOM SÓD
SOLNICZKA
Świat, który nas otacza
zbudowany jest z
przeróżnych substancji i
materiałów. Znamy jednak
tylko sto trzy pierwiastki
chemiczne. Większość
substancji czy materii
s k ł a d a s i ę z r ó ż nyc h
kombinacji tych
pierwiastków.
SÓL
CZĄSTECZKA
SOLI
ATOM
CHLORKU
SOLI
Na przykład kryształek soli możemy rozdzielić na dwa składniki. Nie mówimy
już wtedy o cząsteczce soli lecz atomach chlorku i sodu.
Atomy łącząc się tworzą nowe związki, które nazywamy molekułami.
Przykładowo wodę tworzy jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. W soli
atomy chlorku i sodu wiążą się ze sobą, tworząc kryształki. Gdy atom chlorku
spotyka się z atomem sodu zachodzi niezwykłe zjawisko – atom chlorku
„łapie” dwa z elektronów atomu sodu. Dzieje się tak, gdyż atom sodu nie
przyciąga położonych dalej od jądra elektronów.
W rezultacie atom chlorku staje
się JONEM ujemnym (ma za
dużo elektronów), a sód staje się
JONEM dodatnim (ma za mało
elektronów). Jako, że jeden z
jonów jest dodatni, a drugi
ujemny, oba przyciągają się i
stają się jednym związkiem,
który nazywamy solą.
PIERWIASTKI CHEMICZNE
Bateria cytrynowa
Jeśli chciałoby się rozdzielić w kryształku soli atomy
sodu od atomów chloru przy pomocy noża, okazałoby
się to zupełnie niemożliwe. Można jednak łatwo to zrobić,
rozpuszczając sól we wodzie. Cząsteczki wody wyglądają
jak małe pałeczki, o jednej krawędzi dodatniej, a drugiej
ujemnej. Rozpuszczając sól, cząsteczki wody przyciągają
jony chloru i sodu, rozdzielają je i wówczas jony mogą swobodnie poruszać
się we wodzie.
Wiele powszechnych substancji, takich jak kwasy, zasady i sole wytwarzają
jony ujemne, jeśli rozpuszcza się je we wodzie. Dzięki tym jonom woda staje
się elektrolitem, czyli płynnym przewodnikiem elektryczności. Jeżeli w
szklance wody ze solą zanurzysz dwa przewody, z których jeden jest
podłączony do dodatniego bieguna baterii, a drugi do ujemnego , ujemne
jony chloru przemieszczają się w stronę bieguna dodatniego, a jony dodatnie
w stronę bieguna ujemnego, wytwarzając prąd elektryczny.
CYTRYNA
Można przygotować prostą i niezbyt
mocną baterię, zanurzając pręt
miedziany i pręt cynkowy w
elektrolicie. Ale skąd wziąć
elektrolit? To zupełnie łatwe.
Sok wielu owoców i warzyw
jest elektrolitem, czyli
wodą, w której są
rozpuszczone kwaśne
substancje, wytwarzające
ujemne i dodatnie jony.
Może to być choćby
zwykła cytryna.
Jak widzisz, nie wszystkie
warzywa nadają się na
baterie, choćby były nie
wiadomo jak duże.
DYNIE
Suche ogniwo
W roku 1866 francuski inżynier
Leclanché wynalazł baterię, w której
nie było płynu lecz wilgotna pasta.
Taka bateria była bezpieczniejsza i
łatwiejsza do przenoszenia, więc
wkrótce rozpowszechniła się.
Współcześnie używane baterie są
udoskonaloną wersją wynalazku
Leclanchégo.
GRAFIT
MNO2 (+C)
NH4CL (+ZNCL2)
Tradycyjna sucha bateria jest
zbudowana z cynkowego zbiornika
lub szkła, który pełni rolę bieguna
ujemnego. Wewnątrz jest wilgotna
pasta z chlorkiem amonu. Włożony
w nią pręt węglowy pełni rolę
bieguna dodatniego.
ZN
Pomiędzy pojemnikiem cynkowym, a
chlorkiem amonu zachodzi reakcja, podczas
której atomy cynku uwalniają elektrony i zamieniają się na dodatnie,
rozpuszczone w wilgotnej paście. W rezultacie w pojemniku pojawia
się za dużo ładunków ujemnych, podczas gdy w węglowym pręcie
jest ładunek dodatni.
POJEMNIK NA
ZUŻYTE BATERIE
IE!!! i.
N
E
Ż
am
RZE ą zabaiwerkać arniei
T
S
O
tw te
es
i
a
o
rie n ich ać. B zają ,
Batewolnotowywczyszczużyteio
Nie zmon zanie dy są iedn na
ro ardzo ko. G dpow nika e
b owis do o ojem daj j
środrzuć jenego p lub oedj.
wy aczo aterie orosł
oznżyte bobie d
zu os
Elektroliza
GRAFIT
BATERIA
Bateria elektryczna jest przykładem na to,
w jaki sposób niektóre reakcje chemiczne
mogą wytworzyć elektryczność. Można
zrobić też coś zupełnie odwrotnego, czyli
wykorzystać elektryczność do wytworzenia
lub kontrolowania reakcji chemicznych,
których nie da się przeprowadzić bez prądu CHLOREK
elektrycznego.
SŁONA WODA
WODÓR
W tym celu rozpuszcza się w pojemniku sól, do której wkłada się dwa pręty
grafitowe. Jeden z tych prętów podłącza się do bieguna dodatniego (anody),
a drugi do bieguna ujemnego (katody) generatora prądu. Przy biegunie
dodatnim zaczną pojawiać się bąbelki chlorku, a przy biegunie ujemnym
bąbelki wodoru. Podczas rozpuszczania soli we wodzie tworzą się wolne jony
chlorku i wodoru. Jony chlorku są ujemne, więc pręt o ładunku dodatnim
zaczyna je przyciągać. Gdy dotrą do pręta, uwalniają nadmiar elektronów,
które stają się obojętnymi wolnymi atomami.
Elektrolizę wykorzystuje się do różnych celów. W ten sposób pozyskuje się
aluminium z minerału zwanego boksytem lub tlen i wodór z wody.
BATERIA
WODOROWA
W niezbyt odległej
przyszłości baterie
wodorowe staną
się czystym i
ekologicznym
źródłem
alternatywnej
energii. Popatrz, jak
obaj profesorowie
zastosowali tę
baterię do swojego
tandemu. Pedały nie
są im już potrzebne!
Galwanizacja
BATERIA
Elektrolizę można zastosować w procesie
MIEDŹ
GWÓŹDŹ
WODA + ROZTWÓR SIARCZANU
zwanym galwanizacją. Polega on na
odkładaniu cienkiej powłoki odpornego na
korozję metalu, na przykład chromu, niklu
lub złota, na innym metalu o słabszej
odporności na korozję np. stali. Przykłady
zastosowania tego procesu znajdują się w
naszym otoczeniu – części rowerowe lub
samochodowe są chromowane, czyli
stalowe elementy pokryto warstwą
chromu. W rezultacie nie tylko są odporne
na rdzewienie, ale też pięknie lśnią.
Jeśli chcemy pokryć miedziany gwóźdź (lub inny przedmiot) warstwą
miedzi, zanurzamy go oraz miedziany pręt w naczyniu, wypełnionym
rozpuszczonym we wodzie siarczanem miedzi. Miedziany pręt jest
podłączony do bieguna dodatniego, a gwóźdź do bieguna ujemnego.
Stopniowo gwóźdź zaczyna pokrywać warstwa miedzi, a miedziany pręt
rozpuszcza się.. Rozpuszczając siarczan miedzi we wodzie, jony miedzi
poruszają się swobodnie i zostają przyciągnięte przez gwóźdź podłączony
do bieguna ujemnego baterii. Gdy jony
dotrą do gwoździa, jony miedzi wyłapują
elektrony, które stają się obojętne i
osadzają się na gwoździu. Dodatni
biegun baterii „podkrada” elektrony
miedzianego pręta, a następnie
wytwarza dodatnie jony miedzi,
które rozpuszczają się we wodzie.
Profesor Kaizen podejrzliwie przygląda się
„złotemu” kielichowi z XIV w., który kupił okazyjnie
na pchlim targu. „Nie wszystko złoto, co się świeci...”
Elektrycznosc zwierzat
Aleksander Volta nie był pierwszym, który wytworzył prąd elektryczny
dzięki zastosowaniu reakcji chemicznych. Za jego czasów wiedziano już, że
niektóre gatunki ryb potrafią wytworzyć pole elektryczne. Na przykład ryba,
żyjąca w wodach niektórych rzek afrykańskich potrafi wytworzyć
wyładowanie o napięciu 350 V. Innym przykładem jest elektryczny węgorz,
mieszający w rzekach Ameryki Południowej, którego wyładowania
elektryczne osiągają nawet ponad 600V.
Zwierzęta te posiadają zmodyfikowane komórki mięśniowe lub nerwowe,
które tworzą płytki przypominające baterie, zdolne do wytwarzania pola
elektrycznego. Pola te mogą wywołać wyładowanie, którego napięcie i
częstotliwość jest kontrolowane przez mózg ryby.
Elektryczne ryby nie tylko wytwarzają elektryczność, ale też potrafią ustalać
położenie. Ta umiejętność pozwala im na ukrycie się w błotnistej wodzie lub
znalezienie ofiary ukrytej w piasku lub
wśród glonów.
Profesor Challenge w trakcie
eksperymentu. Czy ryby
elektryczne można złowić
na wtyczkę? Jak myślisz?
Dzięki umiejętności wytwarzania
elektryczności ryby te mogą zabić lub
ogłuszyć ofiarę, albo wprowadzić w błąd
potencjalnych wrogów. Pomaga im to
również w rozmnażaniu.
WTYCZKA
ELEKTRYCZNY WĄŻ
Jeśli jest ktoś taki, który nigdy
nie przestaje zadawać pytań,
to jest to właśnie doktor
Pytalska. Oprócz zagadek
uwielbia czekoladę i wszelkie
ciasta.
ktor Query
o
D
sor kaize
e
f
o
Pr
n
Niestrudzony w pracy, stale
dążący do doskonałości.
Systematyczny, dociekliwy i
bardzo cierpliwy. Zawsze
skory do płatania psikusów,
zwłaszcza swoim dwóm
współpracownikom.
P
ge
Zawsze gotowy do
eksperymentowania.
Ruchliwy i roztargniony.
Pracę przerywa jedynie na
popołudniową herbatę.
Miłośnik muzyki popularnej,
zwłaszcza polek.
sor Challen
e
f
ro
Miniland S.A. P.Ind. La Marjal I C/ La Patronal s/nº.
03430 ONIL (Alicante) ESPAÑA
Tel. Atención al Cliente 902 104 560 · Call Center. 966 557 775
www.miniland.es · [email protected]
NATURAL BATERY
DO ZOBACZENIA W NASTĘPNYCH PRZYGODACH!