Forsøk og praktisk arbeid

Passer for

  • vg1
  • kjemi 2

Tidsbruk

  • 45 minutter

Lag ditt eget batteri - mikroskala

Formålet med dette forsøket er å lage et batteri som kan gi nok strøm til en lysdiode.

Enkeltcelle:

Battericelle

Lag en stav av oasis med tverrsnitt på ca 1,5 cm x 1,5 cm, og kutt en bit som er så lang at den stikker litt over kanten i en brønn på brønnplata. Stikk en bit metall (Mg i enekltcellen og Zn eller en galvanisert spiker i cellene i seriekoblingen) ned i oasisbiten og sett den ned i en av brønnene. Pass på så ikke metallet stikker ut av oasisen nede i brønnen. Metallet blir den negative polen.

Fukt oasisbiten med saltløsning til den er helt gjennomtrukket, og sug vekk evt. overskudd med en pipette. Sett en bit av en grafittstav (som vist på figuren) ned i den ledige delen av brønnen. Grafittstaven blir den positive polen.

Koble dioden mellom metallet og grafittelektroden. Husk at det lengste ”beinet” på dioden skal til den positive polen (grafittelektroden). Fyll til slutt den ledige delen av brønnen med kobbersulfatløsning, men pass på at kobberløsningen ikke kommer over øverste kant av oasisen.

Seriekobling:

Dersom du vil være sikrere på et godt resultat er det bedre å seriekoble fire celler slik det er vist i figuren under. Da må du bruke sink eller en galvanisert spiker i stedet for magnesium. Med dette oppsettet vil alle typer lysdioder lyse.

 

Fire battericeller og lysdiode

Faglig forklaring

Litt om sink-kobber-cellen (Daniellcellen)

 

Daniellcellen. (Lyspæren vil ikke lyse i dette oppsettet, siden cellen gir for lite strøm)

Generelt kan man si at en elektrisk celle (i dagligtale batteri) består av et stoff som har stor evne til å trekke til seg elektroner koblet sammen med et stoff som lett avgir elektroner. Det oppstår en spenning mellom de to stoffene. Dette kan vi utnytte til å lage elektrisk strøm. I skolesammenheng brukes oftest en celle med sink og kobber. Denne cellen vil gi en spenning på 1,1 V hvis man har standard betingelser.

I sink-kobber-cellen er den negative elektroden sink. Den positive elektroden er den som står i løsningen av kobberioner. Elektronene går gjennom metalltråden som binder de to elektrodene sammen. Saltbroen leder ikke elektroner, den sørger for ladningsbalanse i cellene.

Reaksjonsligninger:
Ved den negative elektroden: Zn → Zn2+ + 2 e-
Ved den positive elektroden: Cu2+ + 2e- → Cu
Totalreaksjon: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

Brønnplatebatteri

En enkeltcelle vil kun virke med Mg, fordi sink ikke har lavt nok potensial. Fordelen med enkeltcellen er akkurat det at den er svært enkel i oppbygningen, ulempen er at den gir akkurat nok strøm til en diode, og da må dioden være av rett type. I seriekoblingen bør du bruke galvanisert (sinkbelagt) spiker istedet for magnesium. Hvis du ikke har galvanisert spiker, bør du bruke sink.

Kommentarer/praktiske tips

Denne cellen er enkel å få oversikt over, men en slik enkeltcelle gir bare så vidt nok strøm til at dioden kan lyse.

Daniellcellen er enkel å lage i klasserommet fordi skolene har utstyret som trengs, og oppskriften står i de fleste lærebøker. Denne cellen vil aldri få en lommelyktpære til å lyse, og den er ikke enkel å forstå. Sammenlignet med Daniellcellen har de seriekoblede cellene i brønnplatebatteriet flere fordeler:

  1. De delene som ikke har noen funksjon er sløyfet i dette batteriet. Det gjelder kobbermetallet og løsningen av sinksulfat. Det gjør det lettere å forstå hva som skjer.
  2. Den gir høy spenning og strøm, slik at alle slags dioder vil lyse.
  3. Når dioden lyser er det lett å skjønne at det er dannet elektrisk energi.
  4. Det er lett å se at det dannes kobberbelegg på grafittelektroden. Dette kan man ikke se i en celle der elektroden består av kobber.

Lysdioder kan kjøpes hos RS-Components AS, Longhammarveien 7, 5536 Haugesund, tlf: 52 75 40 40, fax: 52 75 40 49, RS. Stock nr: 826-442.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter Vg1 - studieforberedende utdanningsprogram
    • Energi for framtiden
      • forklare hva redoksreaksjoner er, gjøre forsøk med forbrenning, galvanisk element og elektrolyse og gjøre greie for resultatene
      • beskrive virkemåten og bruksområdet til noen vanlige batterier og brenselceller
  • Etter Vg3 - påbygging til generell studiekompetanse
    • Energi for framtiden
      • forklare hva redoksreaksjoner er, gjøre forsøk med forbrenning, galvanisk element og elektrolyse og gjøre greie for resultatene
      • beskrive virkemåten og bruksområdet til noen vanlige batterier og brenselceller

Læreplan i kjemi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Kjemi 2
    • Redoksreaksjoner
      • gjøre forsøk med elektrokjemiske celler og gjøre rede for spontane og ikke-spontane redoksreaksjoner

Materialer og utstyr

  • 24 brønners brønnplate eller et lite begerglass (max 50 mL)
  • 1 mol/L CuSO4 (eller et annet kobbersalt)
  • saltløsning (mettet Na2SO4 eller annen saltløsning)
  • dråpeteller
  • magnesiumbånd, sinkstrimler eller galvaniserte (sinkbelagte) småspiker
  • grafittelektrode eller mykt blyantbly
  • ledninger
  • krokodilleklemmer
  • oasis (den typen som lett trekker vann)
  • lysdioder
  • voltmeter og amperemeter (er ikke nødvendig)

Tema

Nettressurser

(no.rs-online.com)