باتری میوه ای

 

باتری میوه ای
در قرن بیستم، روز به روز استفاده از الکتریسیته در زندگی ما بیشتر شده است، تا جایی که امروز میزان مصرف انرژی الکتریکی جهان حدودا شش برابر انرژی حاصل از مصرف مواد غذایی است. این نشان دهنده نقش موثر برق در زندگی کنونی بشر است.

باتری میوه ای

صادق بهداد

برای ساختن این باتری فقط به کمک مادرتان نیاز دارید. اگر می‌پرسید چرا، کافی است نگاهی به لیست مواد لازم بیندازید.
مواد لازم:
• چند عدد لیموترش ( می‌توانید به جای لیمو، از نوشابه یا آبلیمو هم استفاده کنید. )
• مقداری سیم مسی
• تعدادی سکه
• چند عدد گیره کاغذ
• چاقو
• قیچی
• لامپ کوچک، ساعت دیجیتالی یا هر وسیله الکتریکی کم مصرف دیگری که با استفاده از آن بتوان باتری را امتحان کرد.
روند کار:
1. ابتدا یک تکه از سیم جدا کنید و یک سر آن را دور گیره کاغذ بپیچید.
2. یک تکه دیگر از سیم جدا کنید و این بار، یک طرف آن را دور سکه بپیچید. ( اگر سکه کثیف است، آن را با آب و صابون بشویید تا تمیز شود. )
3. تکه دیگری نیز از سیم جدا کنید. یک سمت آن را به دور سکه دوم و طرف دیگر را به دور یکی از گیره های کاغذ باقیمانده بپیچید. حالا شما باید سه قطعه سیم شبیه سیمهای شکل زیر داشته باشید.

4. دو لیمو ترش بردارید و آنها را کمی فشار دهید. لیموها را باید آنقدر فشار دهید که بافت درون آنها نرم شود، اما مواظب باشید که پوست آنها پاره نشود. ( اگر لیمو ترش ندارید، می‌توانید دو لیوان بردارید و در آنها مقداری آبلیمو یا مقداری نوشابه بریزید. )
5. روی پوست هر یک از لیموها با چاقو دو برش کوچک ایجاد کنید.
6. سه قطعه سیمی را که در ابتدای کار درست کردید، مطابق شکل زیر درون شکاف‌ها قرار دهید. ( اگر در منزل گیره کاغذ نداشتید، می‌توانید سیم را به همان صورتی که هست در شکاف‌ها بگذارید. ضمنا در صورتی که به جای لیمو از آبلیمو یا نوشابه استفاده می‌کنید، سیم‌ها را طوری داخل ظرف قرار دهید که با هم تماس نداشته باشند. در این حالت هر یک از لیوانها مانند یک لیمو ترش عمل می‌کند. ) دقت کنید که سیمها را آنقدر فشار دهید که سکه و گیره کاغذ به گوشت درون لیمو برسد.

7. حالا دو سر آزاد سیمها را به دو سمت لامپ یا ساعت کوچک خود وصل کنید. ( اگر همه مراحل را درست انجام داده اید ولی لامپ روشن نمی شود، جای دو سر سیم را با هم عوض کنید. این مرحله دقیقا شبیه قرار دادن باتری در دستگاه است. اگر باتری را برعکس بگذارید، دستگاه کار نخواهد کرد. )
در باتری میوه ای شما، دو واکنش شیمیایی روی می‌دهد. واکنش اول بین فلز گیره کاغذ و آب لیمو ( یا نوشابه ) و واکنش دوم بین فلز سکه و آب لیمو انجام می‌شود. چون جنس این دو فلز متفاوت است، الکترونها بیشتر به یک سمت ( نسبت به سمت مخالف ) رانده می‌شوند. این همان چیزی است که "جریان الکتریکی" نامیده می‌شود. اگر هر دو فلز از یک جنس بودند، جریانی نیز وجود نداشت. در مدار ما، الکترونها از یک سمت شروع به حرکت می‌کنند و پس از طی یک مسیر دایره ای به نقطه اول بازمی گردند. عبور آنها از درون ساعت ( یا لامپ ) باعث می‌شود که ساعت به کار افتد.

8. زمان کار کردن باتری خود را اندازه بگیرید و روی کاغذ یادداشت کنید. اگر مایل بودید می‌توانید نتیجه کار خود را به آدرس [e-mail] ارسال کنید.
9. آب لیمو یک اسید است. برای همین گفتیم که می‌توانید به جای آن از آبلیمو یا نوشابه استفاده کنید. ( اگر پشت شیشه های نوشابه را خوانده باشید، حتما دیده اید که یکی از محتویات آن اسید فسفریک است. ) آب لیمو را با مواد اسیدی دیگر ( مثلا محلول رقیق سرکه در آب، یا آب پرتقال یا ... ) جایگزین کنید و ببینید که آیا باز هم باتری شما کار می‌کند. زمان کار کردن آن بیشتر شده است یا کمتر؟
10. فکر می‌کنید اگر به جای اسید از آب نمک یا یک محلول قلیایی ( مثلاً محلول آب و صابون ) استفاده کنید، چه می‌شود؟ این کار را هم امتحان کنید و نتیجه را بنویسید. هر بار سعی کنید پیش از انجام آزمایش، حدس بزنید چه اتفاقی می‌افتد.
11. این بار، جای لیمو را با یک میوه دیگر ( مثلا سیب، سیب زمینی، موز، کیوی، پرتغال یا هر میوه دیگری که دوست دارید ) عوض کنید. فکر می‌کنید باتری قوی تر شود یا ضعیف تر؟ حدس خود و نتیجه نهایی کار را برای میوه های مختلف یادداشت کنید. قوی ترین و ضعیف ترین باتری که ساخته اید، کدام است؟
12. برای انجام این مرحله باید از دوستان یا سایر اعضای خانواده خود کمک بگیرید. لیمو ( یا هر میوه دیگری که استفاده کرده اید ) را از وسط قاچ کنید به طوری که سکه در یک نیمه و گیره کاغذ در نیمه دیگر باشد. طبیعتا لامپ (یا ساعت) از کار می‌افتد، چون مدار قطع شده است و الکترون‌ها نمی توانند جریان پیدا کنند. دستهای خود را روی دو نیمه قرار دهید. آیا لامپ روشن می‌شود؟
سپس یک دست خود را به دست دوستتان بدهید و از او بخواهید که دست دیگرش را روی نیمه دوم میوه بگذارد. آیا باز هم لامپ روشن می‌شود؟ تعداد نفرات را بیشتر کنید. آیا لامپ هم چنان روشن باقی می‌ماند؟
توانایی باتری شما چقدر بود؟ جریان حاصل از آن، از بدن چند نفر عبور کرد؟
13. زمان کار تمام باتری هایی را که ساخته اید، یادداشت کنید. کدام یک بیشتر از همه کار کرده است؟ آیا رابطه ای بین اندازه یا طعم میوه با این زمان وجود دارد؟ اگر تعداد میوه‌ها را بیشتر کنید، چه می‌شود؟

 

http://edu.tebyan.net/chemistry/

ساختمان باتری

صادق بهداد 

عملکرد کلیه باتری‌ها تقریبا مشابه یکدیگر است. پس با فهم آنچه درون یکی از آنها رخ می‌دهد، می‌توان به درک مناسبی از شیوه کار کلیه باتری‌ها دست یافت. ما طرز کار یک باتری روی - کربن را تشریح می‌کنیم. این باتری یکی از ساده ترین باتری هایی است که می‌توان ساخت و گاهی آن را "باتری استاندارد کربنی" نیز می‌نامند. فرض کنید ظرفی حاوی اسید سولفوریک داریم. اگر میله ای از جنس روی را در این محلول قرار دهید، اسید شروع به خوردن روی می‌کند. حبابهای هیدروژن بر روی میله ظاهر می‌شود و محلول در اثر حرارت حاصل از واکنش شیمیایی گرم خواهد شد. آنچه روی می‌دهد، تقریبا به ترتیب زیر است: • مولکولهای اسید به سه یون تفکیک می‌شوند: دو یون ^+H و یک یون SO4^2- . • اتمهای روی دو الکترون از دست می‌دهند و به یونهای Zn^2^+ تبدیل می‌شوند. • یونهایZn^2^+ با یونهایSO4^2- ترکیب شده و به صورت ZnSO4 درمی آید، که در اسید حل می‌شود. • یونهای هیدروژن الکترونهایی را که اتمهای روی از دست داده اند، جذب می‌کنند و به صورت مولکول H2 ( گاز هیدروژن ) در می‌آیند. این همان حبابهایی است که روی میله ظاهر می‌شود. حال اگر میله ای از جنس کربن نیز در محلول قرار دهید ( اسید بر روی این میله اثری ندارد. ) و آن را با سیم به میله اول متصل کنید، شرایط تغییر می‌کند و به صورت زیر درمی آید: • الکترونها از طریق سیم به سمت میله کربنی می‌روند و در آن جا جذب یونهای هیدروژن می‌شوند. این بار حبابهای گاز هیدروژن بر روی میله کربنی تشکیل می‌شود. • در این حالت گرمای کمتری آزاد می‌شود، زیرا بخشی از انرژی شیمیایی حاصل از واکنش صرف جریان الکترونها شده است؛ یعنی در حالت اول انرژی شیمیایی فقط به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود، ولی در حالت دوم بخشی از آن به انرژی الکتریکی و بخشی دیگر به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. با گذشت زمان، میله روی کم کم در اسید حل می‌شود و یونهای هیدروژن موجود در محلول نیز به تدریج مصرف می‌شوند، تا اینکه سرانجام باتری تمام می‌شود. به دو میله به کار رفته در باتری، اصطلاحا " الکترود " می‌گویند. محلول حاوی یون ( در مثال بالا اسید سولفوریک ) نیز " الکترولیت " نامیده می‌شود. در باتری ای که شما ساخته اید اتفاقاتی که روی می‌دهد بسیار شبیه مراحل بالاست. این مراحل در شکلهای زیر نشان داده شده است.
اگر مایلید تا در مورد ساختمان باتری اطلاعات بیشتری کسب کنید، می‌توانید به سایتهای زیر مراجعه کنید: http://www.tebyan.net/vs/learning/dabirestan/Electricity/dynamic/FelectJ2.htm http://www.funsci.com/fun3_en/electro/electro.htm http://www.pbs.org/weta/roughscience/challenges/battery http://www.hilaroad.com/camp/projects/lemon/lemon_battery.html

مقاله

یک آزمایشگاه جدید
ما برای پیدا کردن آزمایشگاه مجازی که در مطلب قبلی دیدید، وقت زیادی صرف کردیم. این هفته چند آزمایش را از میان تکالیف آن انتخاب و برای شما ترجمه کردیم تا کمی بیشتر با آن آشنا شوید. در واقع ما دو آزمایشگاه پیدا کردیم، یکی همان بود که دیدید. دومی را هم این هفته به شما هدیه می‌کنیم. کار با قبلی ساده تر است و تعداد آزمایش های تعریف شده برای آن بیشتر است

یک آزمایشگاه جدید

صادق بهداد

ما برای پیدا کردن آزمایشگاه مجازی که در مطلب قبلی دیدید، وقت زیادی صرف کردیم. این هفته چند آزمایش را از میان تکالیف آن انتخاب و برای شما ترجمه کردیم تا کمی بیشتر با آن آشنا شوید.
در واقع ما دو آزمایشگاه پیدا کردیم، یکی همان بود که دیدید. دومی را هم این هفته به شما هدیه می‌کنیم. کار با قبلی ساده تر است و تعداد آزمایش های تعریف شده برای آن بیشتر است. اما محدودیت هایی هم دارد، مثلاً نمی توان محلولها را به جوش آورد. در عوض در آزمایشگاه این هفته می‌توانید هر کاری بخواهید انجام دهید و مهم تر از همه اینکه حجم آن بسیار کمتر از قبلی است و DownLoad کردن آن زمان کمتری می‌برد. یک حسن بزرگ دیگر هم دارد. می‌توانید آزمایش‌ها و مواد جدیدی را برای آن تعریف کنید. برای این کار ، مراحل زیر را دنبال کنید: ابتدا نرم افزار را دانلود کنید. پس از unzip کردن فلدر آن ، فایل exe را اجرا کنید تا نرم افزار روی کامپیوتر شما نصب شود. برای تعریف کردن یک آزمایش جدید روی گزینه File در بالای صفحه Chemlab کلیک کنید و سپس روی Create New UDL کلیک کنید. باقی کار را به خود شما واگذار می‌کنیم.

کوکاکولا

قهوه با شیر

ضد یخ

کارگاه جواهر سازی

PH

دانلود

کوکاکولا

سالها قبل، کمپانی کوکاکولا تصمیم گرفت به جای ثبت حقوق فرمول خود، دستور ساخت آن را مخفی نگه دارد. مدتی بعد، شخصی ادعا کرد که فرمول را کشف کرده است و آن را " فرمول x " نامید. او گفت که دستور تهیه فرمول X بسیار ساده است و برای تهیه آن کافی است 30 پوند شکر را در 2.5 گالن آب حل کنیم.
برای اینکه ببینیم این حرف درست است یا خیر، به سراغ آزمایشگاه خود می‌رویم. برای شروع آزمایش روی گزینه File کلیک کرده و سپس Load Homework را انتخاب کنید. بعد بر روی Molarity و پس از آن بر روی Sucrose Problem کلیک کنید.
ابتدا درصد جامد ، مولاریته ، مولالیته و جزء مولی کوکاکولای واقعی و فرمول X را محاسبه کنید. سپس آنها را با هم مقایسه کنید.
راهنمایی: برای مقایسه دو محلول، می‌توانید چگالی آنها را اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه نمایید.

 

قهوه با شیر

برای اجرای این آزمایش، بعد از باز کردن مدلسازی روی گزینه File کلیک کرده و سپس Load Homework را انتخاب نمایید. بعد بر روی Thermochemistry و پس از آن روی Coffee کلیک کنید.
فرض کنید می‌خواهید برای خودتان قهوه درست کنید. 250 میلی لیتر قهوه در اختیار دارید که دمای آن دقیقاً 95 درجه سانتیگراد است. مقداری شیر نیز دارید که در دمای 10 درجه سانتی گراد نگهداری شده است. چند میلی لیتر شیر باید به قهوه اضافه کنید تا دمای آن به 90 درجه برسد؟
(فرض کنید ظرفیت گرمایی ویژه قهوه و شیر، برابر 4.186J/gc است و چگالی آنها نیز یکسان و برابر 1.0g/mL است.)
ابتدا جواب را با کاغذ و قلم محاسبه کنید و بعد نتیجه خود را با استفاده از مدلسازی چک کنید . برای انجام محاسبات، باید از گرمایی که به محیط داده می‌شود، صرف نظر کنید. پس لازم است ظروف خود را عایق بندی کنید. بر روی ظرف right-click کنید و در بخش Thermal properties گزینه Insulated From Surroundings را انتخاب نمایید.

ضد یخ

برای اجرای این آزمایش روی گزینه File کلیک کرده و سپس... Load Homework را انتخاب نمایید. بعد بر روی Thermochemistry و پس از آن روی Freeze کلیک کنید.
شما یک شیمیست هستید که در آزمایشگاه یک کمپانی کار می‌کند. کمپانی شما به دنبال پیدا کردن یک ضد یخ جدید است. معمولاً در ضد یخ‌ها از محلول اتیلن گلیکول (Ethylene Glycol) استفاده می‌کنند. ضد یخ ماده ای است که ظرفیت گرمایی بالایی دارد. وقتی ضد یخ را به آب درون رادیاتور ماشین اضافه می‌کنند، ظرفیت گرمایی مخلوط بالا می‌رود. پس، از دست دادن ( یا به دست آوردن) انرژی گرمایی، تغییرات دمایی کمتری را نسبت به قبل ایجاد می‌کند.
یکی از همکاران شما محلول جدیدی به نام محلول (Compoud Y Solution) ساخته است و ادعا می‌کند که ظرفیت گرمایی آن از اتیلن گلیکول بیشتر است.
الف- ظرفیت گرمایی محلول Y را با ظرفیت گرمایی اتیلن گلیکول (2.200J/g.ºC ) مقایسه کنید. ( چگالی محلول 2/78g/ml ،Y و ظرفیت گرمایی آب 4.184J/g.ºC است.)
در این آزمایش باید فرض کنید گرمایی که به محیط داده می‌شود، صفر است.
پس لازم است ظروف خود را عایق بندی نمایید. بر روی ظرف right-click کنید و در بخش Thermal Properties گزینه Insulated From surroundings را انتخاب نمایید.

کارگاه جواهر سازی

برای انجام این آزمایش روی گزینه File کلیک کرده و سپس ... Load Homework را انتخاب نمایید. بعد بر روی Molarity و پس از آن بر روی Metal Density Problem کلیک کنید.
شما در یک جواهر سازی مشغول به کار هستید. وظیفه شما بررسی خواص تعدادی از آلیاژهای نقره (silver) ، رودیوم (rhodium) و پلاتین (Platinum) است. اما متأسفانه در حین کار برچسب ظروف را گم کرده اید. آزمایشی طراحی کنید که با استفاده از آن فلزات درون ظروف را شناسایی کنید.
چگالی نقره، رودیوم و پلاتین به ترتیب 10.5 ، 12.4 و 21.45 گرم بر سانتی متر مکعب است.

PH

برای انجام این آزمایش روی گزینه File کلیک کرده و پس از انتخاب Load Homework بر روی Acids and Bases و سپس روی Method of successive dilutions کلیک کنید.
همه ما می‌دانیم که PH آب خنثی 7 است ، اسیدها PH کمتر از 7 دارند و PH بازها بین 7 و 14 قرار دارد. اما اکثر ما درک درستی از رابطه PH و غلظت یون ⁺H نداریم. با انجام این آزمایش می‌توانید درک بهتری از رابطه PH و غلظت یون هیدرونیوم پیدا کنید.
PH مقیاسی لگاریتمی برای بیان غلظت یون هیدرونیوم در محلولهای آبی است:

PH= -log [H₃o⁺] => [H₃o⁺]= 10^-PH=1/10^PH

ما در این آزمایش از روش رقیق سازی متوالی استفاده می‌کنیم. این روش یکی از رایج ترین روش های تولید محلولهایی با غلظت های مختلف از یک محلول مادر است.
پنج بالن بردارید و در آنها مقدار مساوی ( کمتر از نیمه ) آب بریزید. سپس به همان اندازه از محلول 1MHCL بردارید و در ظرف اول بریزید. غلظت یون[⁺H₃o] نصف می‌شود و به 0.500M می‌رشد. حالا از این محلول به همان اندازه بردارید و در ظرف سوم بریزید. این بار غلظت به ²(2/1) محلول اولیه می‌رسد و برابر 0.250M می‌شود. در رقیق سازی سوم ³(2/1) برابر غلظت اولیه می‌شود و در رقیق سازی چهارم ⁴(2/1) مولاریته محلول اولیه را خواهد داشت. به این ترتیب:

H₃o⁺] = 2^-n = 1/2ⁿ]

که در آن n تعداد رقیق سازی های متوالی است.
فکر می‌کنید اگر حجم محلولها را مقدار دیگری انتخاب می‌کردید، تفاوتی در این روند ایجاد می‌شود؟
حال که با این روش آشنا شدید به سراغ آزمایش اصلی خود می‌رویم.
هفت محلول مختلف از طریق رقیق سازی متوالی ایجاد کنید به طوری که PH آنها به ترتیب 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 باشد. فکر می‌کنید نسبت حجمی مورد استفاده تان باید چقدر باشد؟
جدول بسازید که شامل سه ستون باشد. ستون اول، تعداد رقیق سازی ، ستون دوم ، غلظت محلول و ستون سوم نشان دهنده PH محلول است. سعی کنید یک رابطه جبری بین ضریب رقیق سازی و PH پیدا کنید به طوری که PH را بر حسب تعداد دفعات رقیق سازی (n) نشان دهد.
حال می‌خواهیم با استفاده از اعداد درون جدول چند نمودار رسم کنیم. در نمودار اول [⁺H₃o] را در محدوده 10^-3m تا 10^-1m بر حسب PH ، از 3 تا 1 رسم کنید.
در نمودار دوم [⁺H₃o] بین 10^-3mو 10^-sm و PH از 3 تا 5 تغییر می‌کند.
و در نمودار سوم [⁺H₃o] در محدوده 10^-5-10^-7m و PH در بازه 7-5 قرار می‌گیرد.
نمودار‌ها را در کنار هم قرار دهید و با هم مقایسه کنید. آیا تفاوتی بین آنها مشاهده می‌کنید؟
بعد از این مرحله سعی کنید تا هر سه نمودار را با هم در یک برگه کاغذ رسم کنید.
آیا می‌توانید با رقیق سازی مجدد محلولی که PH آن 8 باشد ، بسازید؟

دانلود

http://edu.tebyan.net/chemistry/V-lab2/1.htm