Η μπαταρία λεμονιού είναι ένα κλασικό επιστημονικό πείραμα που χρησιμοποιείται για να επιδείξει τα βασικά ενός συστήματος χημικών μπαταριών. Για να πραγματοποιήσει αυτό το πείραμα, ένας επιστήμονας χρειάζεται ένα πολύ ζουμερό λεμόνι, ένα γαλβανισμένο ή επικαλυμμένο με ψευδάργυρο καρφί από χάλυβα και ένα καθαρό χάλκινο νόμισμα ή τμήμα οικιακής χάλκινης καλωδίωσης. Ο επιστήμονας που κατασκευάζει την μπαταρία χρειάζεται επίσης ένα καλώδιο με κλιπ αλιγάτορα σε κάθε άκρο και ένα ευαίσθητο βολτόμετρο. Τα βολτόμετρα μπορούν συνήθως να βρεθούν στο τμήμα παροχής ηλεκτρικού ρεύματος ενός καταστήματος υλικού, ενός καταστήματος ηλεκτρονικών χόμπι ή ενός κέντρου οικιακής βελτίωσης. Μικρές δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) και άλλες ηλεκτρικές συσκευές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δοκιμή μιας μπαταρίας λεμονιού, αν και αυτό συνήθως απαιτεί επιπλέον λεμόνια.
Πως δουλεύει
Μια μπαταρία λεμονιού βασίζεται σε ηλεκτρόνια και σε μια χημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα όταν τα μέταλλα εισάγονται σε ένα όξινο μείγμα. Το λεμόνι περιέχει σημαντική ποσότητα όξινου χυμού, ο οποίος στην επιστημονική ορολογία είναι «ηλεκτρολύτης». Το οξύ σε έναν ηλεκτρολύτη βοηθά στη διάσπαση της ατομικής δομής μετάλλων, όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος, προκαλώντας την απελευθέρωση μεμονωμένων ηλεκτρονίων. Όταν ένας επιστήμονας δημιουργεί ένα κύκλωμα, συνδέοντας τα δύο μέταλλα με έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα από αυτό ως ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί σε ένα βολτόμετρο ή άλλη συσκευή.
Κατασκευή της μπαταρίας
Αρχικά, ο επιστήμονας που δημιουργεί μια μπαταρία λεμονιού πρέπει να εισάγει προσεκτικά το χάλκινο νόμισμα ή την οικιακή χάλκινη καλωδίωση στη μία άκρη του λεμονιού και, στη συνέχεια, να εισάγει το γαλβανισμένο καρφί στο αντίθετο άκρο. Είναι σημαντικό για τον επιστήμονα που το κάνει αυτό να βεβαιωθεί ότι τα δύο μέταλλα δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Αυτό θα έκλεινε το κύκλωμα και η συγκράτηση των μετάλλων ενώ αγγίζουν θα μπορούσε να οδηγήσει σε ήπια ηλεκτροπληξία.
Δημιουργία της χρέωσης
Το καρφί και το νόμισμα έχουν γίνει πλέον ηλεκτρόδια. Τόσο ο χαλκός όσο και ο ψευδάργυρος επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να ρέουν μέσα από αυτά, πράγμα που σημαίνει ότι θεωρούνται εξαιρετικοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Το χάλκινο νόμισμα ή σύρμα θεωρείται θετικό (+) ηλεκτρόδιο, ενώ το επικαλυμμένο με ψευδάργυρο καρφί είναι αρνητικό (-).
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στον ηλεκτρολύτη του χυμού λεμονιού θέλουν φυσικά να μετακινηθούν από τα αρνητικά στα θετικά ηλεκτρόδια. Το πόσο γρήγορα ρέουν αυτά τα ηλεκτρόνια μετριέται ως ένταση. Το βολτόμετρο το παίρνει αυτό εμφανίζοντας τάση, η οποία υποδεικνύει την «ηλεκτρική πίεση» που λειτουργεί μέσα στο κύκλωμα.
Τάση μέτρησης
Μια μπαταρία λεμονιού δεν παράγει σημαντική ποσότητα τάσης, αλλά ένα ευαίσθητο βολτόμετρο θα πρέπει να ανιχνεύει κάποια ηλεκτρική έξοδο. Ο επιστήμονας πρέπει να συνδέσει το θετικό κλιπ ενός σύρματος, το άκρο με ένα κόκκινο περίβλημα, στο χάλκινο νόμισμα ή σύρμα. και το αρνητικό κλιπ, το τελείωμα με μαύρο περίβλημα, στο γαλβανισμένο καρφί. Μια ψηφιακή ένδειξη ή αναλογικός επιλογέας στο βολτόμετρο θα πρέπει να δείχνει έναν μικρό αριθμό τάσης, συνήθως λιγότερο από το ένα δέκατο του βολτ. Αυτό συνήθως δεν αρκεί για να λειτουργεί ένα ψηφιακό ρολόι ή να τροφοδοτεί έναν λαμπτήρα, αλλά δείχνει ότι έχει δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μιας χημικής αντίδρασης μέσα στην μπαταρία λεμονιού.
Αύξηση της Χρέωσης
Ενώ μια μπαταρία λεμονιού μονού κυψέλης είναι λειτουργική, παρέχει ελάχιστο ηλεκτρικό φορτίο. Πρόσθετη τάση μπορεί να παρέχεται αυξάνοντας τον αριθμό των κυψελών ή των λεμονιών εντός της μπαταρίας. Μια σειρά από λεμόνια μπορούν να λειτουργήσουν μαζί ως μία μπαταρία μέσω πρόσθετων καλωδίων που συνδέονται από το θετικό ηλεκτρόδιο, το χάλκινο μέρος, ενός λεμονιού στο αρνητικό άκρο, το καρφί ψευδάργυρου, ενός άλλου.
Περίπου τέσσερα λεμόνια που συνδέονται σε σειρά με αυτόν τον τρόπο θα πρέπει να παρέχουν αρκετή ισχύ για να ανάψει ένα μικρό LED. Ο επιστήμονας θα πρέπει να συνδέσει το αρνητικό καλώδιο από το ένα άκρο του λεμονιού στο καλώδιο LED που βρίσκεται πιο κοντά σε μια πεπλατυσμένη περιοχή του περιβλήματος. Αυτός ή αυτή μπορεί στη συνέχεια να συνδέσει ένα θετικό καλώδιο, από το άλλο άκρο λεμόνι, στο άλλο καλώδιο. Μια αμυδρή αλλά αισθητή λάμψη πρέπει να ανάβει στο κέντρο του LED. επιπλέον λεμόνια ή κελιά μπορούν να προστεθούν στην μπαταρία για μεγαλύτερη φόρτιση και ακόμα πιο φωτεινή λάμψη.