レモン電池実験

レモン電池実験 は、電気回路、電解質、一連の金属の電気化学、および酸化還元 (レドックス) 反応を説明する古典的な科学プロジェクトです。バッテリーは、LED やその他の小型デバイスに電力を供給するのに十分な電力を生成しますが、両方の電極に触れても害を及ぼすほどではありません。レモン電池の作り方、仕組み、プロジェクトを実験に変える方法を紹介します。

レモン電池の材料

食料品店やホームセンターで入手できる、レモン電池の基本的な材料がいくつか必要です。

• レモン
• 亜鉛メッキ釘
• 銅ペニー、ストリップ、またはワイヤー
• ワイヤーまたはアルミ ホイルのストリップ
• ワニ口クリップまたは電気テープ
• LED 電球、マルチメーター、デジタル時計、または電卓

レモンがない場合は、柑橘系の果物を使用してください。亜鉛メッキ釘は、亜鉛でメッキされた鋼釘です。古典的なプロジェクトでは、銅と亜鉛が安価で入手しやすいため、銅と亜鉛を使用します。ただし、互いに異なるものである限り、任意の 2 つの導電性金属を使用できます。

レモン電池を作る

パワーアップ

レモン電池の電圧は約 1.3 V ～ 1.5 V ですが、ほとんど電流を生成しません。バッテリーの電力を増やす簡単な方法が 2 つあります。

レモン電池のしくみ

レモン電池は、ボルタの最初の電池と似ていますが、レモン ジュースの代わりに塩水を使用しました。亜鉛と銅は電極です。レモン汁は電解質です。レモン果汁にはクエン酸が含まれています。塩と酸の両方が電解質の例ですが、通常、電池では酸の方が優れた働きをします.

ワイヤを使用して亜鉛と銅の電極を接続すると (その間に LED やマルチメータがあっても)、電気回路が完成します。この回路は、亜鉛、ワイヤ、銅、電解質を通り、亜鉛に戻るループです。

亜鉛はレモン汁に溶解し、亜鉛イオン (Zn) をジュースに残しますが、原子あたり 2 つの電子はワイヤを通って銅に向かって移動します。次の化学反応は、この酸化反応を表しています:

Zn → Zn + 2e

クエン酸は弱酸ですが、部分的に解離し、ジュース中に正に帯電した水素イオン (H) を残します。銅電極は溶解しません。銅電極で過剰な電子が水素イオンと結合し、銅電極で水素ガスを形成します。これは還元反応です。

2H+ 2e → H₂

レモンの代わりにレモン汁を使用して製品を実行すると、銅電極上に小さな水素ガスの気泡が形成されるのが観察される場合があります。

他の果物や野菜を試す

バッテリーで農産物を使用するための鍵は、酸が多い（pHが低い）野菜の果物を選ぶことです.柑橘類（レモン、オレンジ、ライム、グレープフルーツ）にはクエン酸が含まれています。果物全体は必要ありません。オレンジジュースとレモネードがよく合います。じゃがいもにはリン酸が含まれているのでよく効きます。じゃがいもは茹でてから使うとより効果的です。ザワークラウトには乳酸が含まれています。酢には酢酸が含まれているため、効き目があります。

実験のアイデア

科学的方法を適用して、レモン電池を実験に変えてください。バッテリーについて観察し、質問し、予測や仮説を検証するための実験を計画します。

• 亜鉛メッキ釘と銅製品以外の電極材料を試してみてください。日常生活で利用できるその他の一般的な金属には、鉄、鋼、アルミニウム、スズ、銀などがあります。ニッケルとペニーを使ってみてください。亜鉛メッキされた釘を 2 本使用して銅を使用しない場合、または 2 セント硬貨を使用して釘を使用しない場合はどうなると思いますか?プラスチック、木、またはガラスを電極として使用しようとするとどうなりますか?結果を説明できますか?
• マルチメーターをお持ちの場合は、電極間の距離が回路の電圧と電流に影響するかどうかを調べてください。
• 回路に 2 つ目のレモンを追加すると、どの程度の効果がありますか?電圧が変わるのですか？現在の状況は変わりますか?
• 台所にある他の食材を使って電池を作ってみてください。どれがうまくいくと思うかを予測し、それらをテストします。もちろん、果物や野菜も試してみてください。また、水、塩水、牛乳、ジュースなどの液体や、ケチャップ、マスタード、サルサなどの調味料も検討してください。

歴史

レモン電池の起源は、少なくとも 2000 年前にさかのぼります。考古学者は、土鍋、レモン汁、銅、鉄、タールを使用してイラクでバッテリーを発見しました。もちろん、この電池を使っている人は、電気化学についても、電気とは何かさえ知りませんでした。古代の電池の用途は不明です。

電池の発見の功績は、イタリアの科学者ルイジ・ガルバーニとアレッサンドロ・ボルタに帰されます。 1780 年、ルイージ ガルヴァーニは、銅、亜鉛、カエルの足 (電解質として機能) が電気を生成することを実証しました。 Galvani は 1790 年に彼の作品を発表しました。電気化学セルは、彼にちなんでガルバニ電池と呼ばれています。

アレッサンドロ・ボルタは、電気が動物を必要としないことを証明しました。彼は塩水に浸した紙を電解質として使用し、1799 年にボルタ電池を発明しました。ボルタ電池はガルバニ電池のスタックであり、各セルは金属ディスク、電解質層、および異なる金属のディスクで構成されています。

参考文献

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