简易电池——化学和物理的交叉点.doc

简易电池化学和物理的交叉点黄石市十四中907班 万佳潞电已成为人们生活不可缺少的部分，在没电的情况下，日常生活颇为不便，如果能够自己制作简易电池，将会带来一些便利。下面将介绍利用简单的物理化学知识和常见材料来制作简易电池。在化学课本中我们学到，世界上最早的化学电池是意大利物理学家伏打设计并制成的，他把铜和锌作为两个电极插入食盐溶液中（或酸、碱的溶液中），制成了最简单的化学电池。在这个电池中，一个电极是铜片，另一个电极是锌片，电解质是稀硫酸。化学反应发生在电解质和电极之间，因为两个电极带异种电荷，它们之间就存在了电压。电压引起了电荷的流动。在实验过程中，把锌和铜插入到硫酸铜溶液，会观察到：两端分别连接着锌和铜的电流计的指针会发生偏转，这说明有电流产生。了解其原理后，下面对实验拓展部分水果电池进行了尝试。水果（苹果、梨子、橙子、橘子和西红柿等）中含有大量的水果酸，是一种很好的电解质。如果在水果中插入两个电极，就会象化学电池一样能产生出电流。影响水果产生电流大小的因素很多，有水果自身的原因（如水果的种类、水果的大小和成熟程度），还有外界的原因，如插入水果的两个电极的大小、两电极间距和插入的深度等因素。在研究多种变量的探究中，关键是要控制好变量，即在探究某个变量产生的电流的影响时，其它的各种变量保持不变，并在对照中发现该变量的影响效果。下面分别用蔬菜和水果，如西红柿、苹果、柠檬做电解质原料，以4*2cm的铁片、铜片、锌片、铝箔及铁钉、镀锌铁钉、与铁钉差不多粗的铜线、铝线等为电极材料，以一定的间距插在蔬菜水果上面，以小马达、小灯泡、废旧玩具上拆下来的LED灯来作为负荷（马达、灯泡、LED所需电能递减）。各种方案带负载的能力都较弱，往往需要把几个串联起来才能明显带动负荷。尽量做到每次只改变一个因素作为变量，每个单独的实验做三次，避免偶然因素的改变影响实验结果。实验如下：实验条件带负载能力实验拓展说明或小结电解质种类柠檬串联后可带动小马达实验前对电解质原料做适当挤压，发现其带负载的能力比挤压前大西红柿灯泡亮度明显苹果灯泡灯丝微弱红亮相同 电极 材料Cu-Cu无电流产生两个电极材料相同时才会产生电流Zn-ZnAl-AlFe-Fe不同 电极 材料Zn-Cu，Al-Cu强只有在两个电极材料不相同时，才会产生电流，电极对确定后，电压就确定了Al-Zn，Fe-Cu稍弱Fe-Al，Fe-Cu弱电极 材料 正对 面积铜丝、铁丝、铝丝、锌丝弱相同电极材料，正对面积较大的带负载的能力强铜片、铁片、铝片、锌片强电极倾斜相对弱电极平行正对强使用万能电表测量发现，两个电极金属选定后，其电压基本确定，这说明电压与金属的化学反应活性相关，并且实验反映了作为电池正负极的金属的电化学活性需要不一样，且差距越大，电压越高；物理告诉我们，电流大小即单位时间单位截面上通过的电子所带电荷量，与电压和电阻有关，所以通过增大电极相对面积能够增加离子或电子反应面积，以及增加电解液浓度能加快反应速度，从而使电流增大；为了能更好带负载，要减少其他电阻值，比如使用较粗的导线，铜导线比铁丝要好，各接触点打磨光滑，减少接触电阻，等等。水果电池虽然材料都比较容易获取，但由于体积较大，虽然整体能固定在木板上，但仍携带不便。过去用旧的电池如果随意扔掉所造成的污染较严重，此时可以进行改造，继续使用。将干电池分解，会发现电池负极，即金属部分变薄，这是金属提供电子，被反应掉的缘故，将其打磨擦净备用，或者使用铝箔；电池银色盖子部分以及碳棒是正极，碳棒可以继续使用，也可以剖开铅笔，取出铅笔笔芯用砂纸打磨，使笔芯上有细小的凹凸，增大接触面积；准备吸附性比较好的纸，如面巾纸，将2-3张面巾纸整齐的叠成数叠，卷在笔芯外面，然后用铝箔纸包好，这样铝箔纸作为电池负极，铅笔芯就成了电池正极；将电解液如食盐水、柠檬汁、西红柿汁液、醋酸（推荐袋装白醋，醋酸浓度更高）等滴在面巾纸上直至浸湿，或放置在电解质溶液中浸泡一段时间，然后用带夹子的导线连接，可以多个串联，这样做成的简易干电池就可以接小灯泡等进行使用，实验发现两节这样的干电池就可以点亮灯泡。通过实验，发现以下几个注意事项：电极材料要打磨光亮； LED灯有正负极性（一个管脚的附近有一个扁平的表面，离这个扁平表面最近的管脚就是负极），不能接反；较为活泼的金属发生的是氧化反应，因此较活泼金属片为负极，另一