التجربة
قوة الفاكهة
هل تعرف أن بعض أنواع الفاكهة والخضروات التي تأكلها قد تساعدك أيضاً في توليد الكهرباء؟ جرب هذا وسترى النتائج!
المواد والأدوات[LIST][*]
[*]3 حبات ليمون (الليمون الصغير مقبول) [*]3 قطع معدنية نحاسية لامعة (استخدمنا "البنس" الأمريكي) [*]3 براغي مصفحة بالزنك [*]4 أسلاك، ويفضل مع مشابك متحركة على النهايات. [*]سكينة صغيرة [*]ملصقات ورقية صغيرة [*]صمام ثنائي حاجب للضوء (LED) ذو فولت منخفض. استخدمنا الجزء 276-330 من الاهتزاز اللاسلكي. [*]وعاء بلاستيكي 35 ملم، أو وعاء صغير مماثل. استخدم وعاء غير شفاف ويفضل وعاء أسود وليس مصنوع من البلاستيك الشفاف. [*]إبرة أو مثقب صغير. [/LIST]يمكنك العثور على البراغي المصقولة بالزنك من متاجر المعدات الصلبة كما تدعى البراغي الجلفانية. إن طلاء الزنك موجود لمنع صدأ البرغي المعدني مما يعطيها مظهر لامع. يمكنك العثور على الأسلاك مع المشابك من متاجر المعدات الصلبة أو لدى مزودي المعدات الكهربائية.
ماذا تفعل
قم أولاً بعصر كل حبات الليمون واحدة تلو الأخرى واضغط عليها بيدك وأعصرها حتى تصبح الليمونة لينة وهدف هذا هو إخراج السائل من الليمون. وهذه الخطوة هامة جداً لأنها تساعدك في الحصول على أقصى النتائج من الليمون.
قم بدفع ومن ثم لف برغي مصقول بالزنك في أحد حبات الليمون أي 1/3 من النهاية. وبواسطة السكين قم بحذر بقطع 1 سم (3/4 إنش) في الليمونة أي إلى 1/3 من النهاية الأخرى.
تحذير: يفضل أن يستخدم السكين شخص بالغ وفي جميع الحالات استعمل السكين ببطء وحذر.
قم بإدخال العملة النحاسية في القطع حتى تدخل نصف العملة داخل الليمونة.
ملاحظة: تأكد من استخدام عملة لامعة لهذا الغرض. وإذا كانت قديمة وقاتمة قم بتلميعها بواسطة ألياف سلكية.
صدق أو لا تصدق، تستطيع الآن الحصول على كهرباء من الليمون!! فإنها تعمل مثل الدارة الكهربائية حيث أن العملة هي القطب الموجب (+) والبرغي هو القطب السالب (-). ولسوء الحظ فإنها دارة ضعيفة جداً ولكن إذا كان لديك دارتين أخرتين يمكنك وصلها معاً وستحصل على بطارية ليمون.
قم بإضافة العملات والبراغي إلى الليمونتين الأخريين بنفس الطريقة التي قمت بها أولاً. ومن ثم باستخدام الأسلاك والمشابك قم بوصل دارات الليمون الثلاث مع بعضها البعض حيث يتصل برغي الليمونة الأولى بعملة الليمونة الثانية وهكذا. قم بإضافة أسلاك ومشابك إلى العملة الأولى وإلى البرغي الأخير أيضاً.
وأخيراً، قم بتأشير المشبك من العملة الأولى بإشارة (+) ومشبك البرغي الأخير بإشارة (-) ومثل البطارية الحقيقية فإن لبطارية الليمون قطب موجب (+) وقطب سالب (-).
لقد قمنا بالوصل بطريقة تدعى وصل السلسلة حيث تعمل حبات الليمون مع بعضها لتوليد الجهد نفسه أو القوة الكهربائية كبطاريتين ضوئيتين صغيرتين ما بين 2.5 إلى 3 فولتات. ولكن بطارية الليمون هذه لا تولد تيار كهربائي يكفي لإشعال مصباح كهربائي.
كيف يمكننا أن نتأكد من أننا صنعنا بطارية بالفعل؟ إن إحدى الطرق هي وصلها بجهاز إلكتروني لا يحتاج لأكثر من 2.5 إلى 3 فولت ولكنه لا يتطلب تيار كهربائي قوي. ويدعى هذا الجهاز صمام ثنائي حاجب للضوء أو (LED) للاختصار. إن الفولتات المنخفضة والتيار المنخفض قد يضيئا الصمام الثنائي.
إن مواصفات حزمة الصمام الثنائي هي: 5 ملم لون أحمر و1.8 فولت و20 أمبير. ويعني هذا أن قطر هذا الجهاز هو 5 ملم. وأنه يتطلب 1.8 فولت و 20 مل أمبير من التيار ليضيء. وبالفعل فإن الصمام سيضيء بشكل باهت بأقل من 20 مل أمبير، إن بطارية الليمون خاصتنا لها فولتات كافية ولكن ليس لديها مل أمبير كافي.
باستخدام المسمار، قم بوخز حفرتين بحذر على جوانب علبة الفلم، نصف العلبة من الأسفل. قد تود مساعدة شخص بالغ للقيان بذلك.
ثم، ضع ملصق بعلامة + على إحدى الثقوب وملصق – على الثقب الآخر.
لف أسلاك الصمام الثنائي بمنحنى بسيط. ثم راقب الصمام بشدة. إنه مستدير على الأغلب. لكن، إذا قمت بثنيه بطريقة معينة، ستكون قادراً على رؤية سطح مستوي قرب أحد الأسلاك. والسلك القريب من هذا السطح هو الحد السالب. في الصورة، يكون السلك على اليسار هو الحد السالب للصمام. هل تستطيع رؤية سطح مستوي صغير في السلك على اليسار؟
رتب الحد السالب لسلك الصمام مع الثقب "-" في علبة الفلم. ادخل الصمام إلى داخل العلبة. لف السلك السالب للصمام من خلال الثقب "-"، والآخر (الطرف الموجب) من خلال الثقب "+".
اسحب الأسلاك من خلال الثقوب وضعهما في مكان مع الملصقات. أضف الملصقات في أعلى العلبة كذلك. تأكد أن الصمام يكون مواجهاً لها.
دعنا نحضر كل شيء للحظة الحاسمة. اربط الجانب "+" من علبة الصمام مع المشبك "+" من بطارية الليمون. ضع المشبك "-" من بطارية الليمون قرب الجانب "-" من العلبة.
نحن مستعدون الان! اربط الطرف الموجب من الصمام مع الطرف الموجب لبطارية الليمون. اربط الطرف السالب من الصمام بالطرف السالب لبطارية الليمون. سيضيئ الصمام!!
الصمام خافت الإضاءة بسبب التيار الكهربائي الصغير من البطارية. تساعدك العلبة القاتمة اللون على رؤية الضوء الخافت. تعمل نهايات الصمام مثل العدسات المكبرة. عندما تنظر مباشرة في نهاية الصمام، يمكن رؤية الضوء بسهولة.
يثبت هذا أنك قمت بعمل بطارية ليمون!! تهانينا!!
حل المشاكل
إذا كنت لا تستطيع رؤية ضوء الصمام، جرب هذه التعديلات:
[LIST=1][*]
قد تكون قطبية الصمام معكوسة، إي أن + و – يعملان. قم بعكس الصمام ورؤية الضوء.
[*]
قد يكون الصمام خافت جداً. قم بتجفيفه في غرفة معتمة لتعتاد عيناك على الضوء الخافت قبل الاختبار.
[*]
تأكد ان جميع التوصيلات آمنة: المشابك مع العملات والبارغي مع العملات والبراغي مع الليمون.
[/LIST]
المزيد من الأشياء للقيام بها
[LIST][*]
مع مرور الوقت، سينخفض الفولت في بطارية الليمون. انظر كم ستستمر بطارية الليمون بالعمل. بعد فترة، قد تلاحظ سواد في الليمونة قرب البرغي. إذا قمت بإزالة البرغي وغدخاله في مكان آخر في الليمونة، فإنك قد تعيد قوة البطارية جزئياً. يمكنك أيضاً "عصر" البطارية قليلاً بتحريك البنسات إلى الداخل والخارج من وقت لآخر.
[/LIST]
[LIST][*]
جرب أكثر من ثلاث ليمونات مربوطة معاً. هل يكون الصمام مشعاً أكثر؟ هل تدوم بطارية الليمون أكثر؟
[*]
جرب قطعاً أكبر من النحاس والزنك.
[*]
جرب استخدام لمبة متوهجة – النوع المستخدم في الضوء الومضي. هل يمكنك عمل بطارية فاكهة أقوى لإضائتها؟
[*]
جرب فاكهة وخضروات أخرى، مثل البطاطا والطماطم. ماذا عن الجريب فروت والبرتقال؟ هل يمكنك التفكير بطريقة لوضع عصير الليمون في زجاجة؟
[/LIST]
[LIST][*]
احصل على اداة كهربائية تدعى "ملتيميتر" وهي تسمح لك بقياس الفولت مباشرة. ما عو فولت بطارية الليمون التي صنعتها؟ ما هو الفولت من دائرة كهربائية ذات ليمونة واحدة.
[/LIST]
[LIST][*]
[/LIST]
قوة الفاكهة
دائرة كهربائية كبيرة الحجم!
إليك طريقة للتفكير جيداً بفكرة بطارية الليمون. لقد قمنا بذلك باستخدام حوض مطلي بالزنك وقدر ساخن أسفله نحاسي وزجاجة من عصير الليمون.
بواسطة بودرة تنطيف وألياف سلكية قمنا بتنظيف بعض بقايا الطبخ من قاع الإناء لكي يكون اتصال النحاس مباشراً أكثر في الدائرة الكهربائية.
ثم قمنا بوضع ماء مقطر في الحوض لعمق 1.2 سم تقريباً (أي إنش) ووضعنا ثلاثة أغطية أوعية بلاستيكية في الماء لكي نضع الإناء فيها. يمكنك استخدام أية أوعية صغيرة لتضع فيها الإناء بشرط أن تكون مصنوعة من البلاستيك أو الزجاج أو الخشب أو الحجر أو أية مادة أخرى غير موصلة للكهرباء، لذلك لا تقم باستخدام المعادن. فإن الفكرة هي إبقاء قاع الإناء إلى الأعلى قليلاً بحيث لا يلامس قاع الحوض.
ثم قمنا بوضع الإناء أعلى الأغطية بحيث يلامس النحاس الماء. ثم وضعنا ما يقارب 35 مل (أي 1/8 كأس من عصير الليمون. إن وضع الكمية بالضبط أمر غير هام فلقد استخدمنا كمية كافية لنحصل على محلول مخفف من عصير الليمون.
وبهذا تكون الدارة الكهربائية لحوضنا جاهزة! قمنا أولاً باستخدام جهاز قياس معاملات متعددة للحصول على فكرة عن الأداء الكهربائي. كما هو الأمر بالنسبة لدارة الليمون الكهربائية فإن النحاس أسفل الحوض كان القطب الموجب (+) وكان الحوض المطلي بالزنك القطب السالب (-). وهي ظاهرة بالسلكين الأحمر والأسود على التوالي في الصورة أدناه.
كانت النتائج مثيرة. وكان الجهد الكهربائي هو نفسه بالنسبة لبطارية الليمون ولكن أكثر بقليل. لقد توقعنا هذا لأن الجهد في تلك البطارية هو فعلاً بسبب الاختلافات في الخواص الكهربائية للنحاس والزنك بحضور الأحماض (في هذه الحالة فهو حمض الستريك والأحماض الأخرى في عصير الليمون المخفف). في الصورة أدناه تم ضبط جهاز قياس المعاملات المتعددة إلى 2.5 فولت. وتشير الإبرة إلى أكثر من 1.0 فولت. وفي خلية الليمون حصلنا على 0.9 فولت وربما قد حصلنا على فولتات أكثر لأن هنالك سائل فقط بين الزنك والنحاس في الحوض. وفي الليمون هنالك ألياف ومواد أخرى بالإضافة إلى عصير الليمون ويمكن أن يولد هذا بعض المقاومة لتيار الكهرباء.
أصبحت الأمور مذهلة فعلاً عندما قسنا التيار وفي الصورة على اليمين أعلاه فإن جهاز قياس المعاملات مضبوط على 500 مل أمب (mA) ويعني هذا أن المقياس الكامل سيقارب 0.5 أمبير وحسب المقياس فلقد حصلنا على أكثر من 150 mA. ومع خلية الليمون حصلنا على 1000/1 مثل التيار! نعتقد أن هذا لأن لدينا زينك ونحاس أكثر ملامس للحامض في خلية الحوض أكثر من خلية الليمون.
وبعد ذلك أردنا أن نعثر على طريقة أخرى غير استخدام جهاز قياس المعاملات المتعددة لنبين أن هذه الطريقة تنتج جهد وتيار كهربائي. قمنا بتعليق صفيحة معدنية، وخمن ماذا حصل؟ لم تضيء الدارة!!! وكان السبب أن الجهد لم يكن عالياً بشكلٍ كافٍ.
لذا بدأنا بالتفكير بدارة كهربائية كبيرة حيث ربما أمكننا العثور أو القيام بشيء حيال ذلك. قمنا أولاً بلف بعض الأسلاك حول بوصلة مغناطيسية وعرفنا أن التيار الكهربائي الذي يمر خلال هذه العقد يولد مغناطيس كهربائي وإذا استطعنا صنع مغناطيس كهربائي قوي بشكلٍ كافٍ فإنه سيحرك إبرة البوصلة المغناطيسية. ستنجح هذه الطريقة فقط إذا كان هنالك تيار كافٍ في السلك. وتلك صورة السلك الملفوف أربع لفات حول البوصلة. وأما إبرة البوصلة المغناطيسية فهي موجهة للجهة الشمالية الجنوبية بسبب مجال الأرض المغناطيسي. وفي الصورة فإن الأسلاك الملفوفة موجهة أيضاً إلى الاتجاه الشمالي الجنوبي وإبرة البوصلة تحتها.
ثم وصلناها بأقطاب دائرة الحوض.
تحركت الإبرة! تلك صور البوصلة المغناطيسية مع الدارة غير المكتملة (الصورة على اليسار) والدارة المكتملة (الصورة على اليمين), هل تستطيع أن تفرق بين زاويتي الإبرتين؟
إن البوصلة التي استخدمناها كانت مملوءة بالسائل وهي مصممة بهذه الطريقة للحد من اهتزازات الإبرة لنتمكن من قراءتها بسهولة أكثر. ولكن هذا أعطى الإبرة بعض المقاومة للحركة. فكرنا باستخدام بوصلة غير ثابتة والتي لا تحتاج إبرتها للكثير من القوة لكي تتحرك. بدأنا بحلقة واحدة من الأسلاك فقط للمتعة.
وعندما قمنا بوصل الدارة، رأينا الإبرة تتحرك!
ملاحظة: إن الإبرة في هذه الصورة تتحرك في الاتجاه المعاكس للإبرة في البوصلة السابقة, هل تعرف لماذا؟ تلميح: أنظر إلى اتجاه لف السلك
.
ومن ثم قمنا بفك العقدة وجربناها فقط مع السلك فوق البوصلة. وحيث أن السلك لم يلتف فإن التيار في السلك لن يولد مجال مغناطيسي قوي جداً. هل سيكون قوياً بشكل كافٍ لتحريك الإبرة. كانت الطريقة الوحيدة لمعرفة هذا هي التجربة!
كما ترى في الصورة أعلى اليمين تحركت الإبرة عندما كانت الدارة متصلة! وكان هذا مثيراً حقاً لأننا حصلنا على النتائج نفسها التي خرج بها "هانز أورستي"د عام 1819 عندما اكتشف لأول مرة هذا الاتصال بين الكهرباء والمغناطيسية باستخدام سلك واحد وبوصلة تماماً مثلما فعلنا.
أنظر على سيبل المثال this biography of Oersted. فلم تكن لديه خلية حوض لمصدر الكهرباء التي حصل عليها! ولكن من كان يعتقد أن حوضنا الذي يحتوي على عصير الليمون المخفف قد يوصلنا إلى أهم لحظات علوم الطبيعة؟
المزيد من الأشياء لتجربتها
[LIST][*]
ماذا سيحصل باعتقادك إذا أخرجنا الإناء النحاسي من الحوض واستخدمنا عملة معدنية بدلاً من ذلك؟
[*]
هل تعتقد أنه بإمكاننا الحصول على صفيحة مضيئة إذا قمنا بوصل خليتي ليمون في الدائرة مع خلية الحوض؟ لماذا ولم لا؟
[*]
إذا قمنا بصنع خليتين ووصلناهما في سلسلة هل تعتقد أن هذا سيضيء مصباح كهربائي؟ ماذا علينا أن نجرب أيضاً؟
[*]
ماذا سيحصل باعتقادك للحوض إذا شغلنا خلية الحوض لعدة أيام؟
[*]
[/LIST]
