Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Два електроди в розчині солі являють собою просту базову модель елемента живлення. В принципі, ця конструкція є електричним джерелом, за допомогою якого генерується напруга.
Відкриття і подальший розвиток так званих гальванічних елементів, більш відомих як батарейки, має особливе значення для людей. Серед іншого, це дозволило зробити можливим мобільне живлення різних електричних пристроїв. Однак, гальванічний елемент може подавати лише невелику напругу, тому дуже важливо підвищити його ефективність (ККД), з'єднавши кілька гальванічних елементів послідовно або паралельно. Гальванічні елементи, з'єднані послідовно, знаходять практичне застосування в роботі переносних радіоприймачів і ліхтарів.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні мати досвід роботи з гальванічними елементами (елемент Даніеля) в теорії та на практиці.
Принцип
Напруга може бути збільшена шляхом послідовного з'єднання декількох гальванічних елементів, наприклад, елементів Даніеля.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні мають загальне уявлення про те, як працює гальванічний елемент. У цьому експерименті учні дізнаються, як збільшити ККД такого гальванічного елемента.
Завдання
Напругу можна збільшити, з'єднавши послідовно кілька гальванічних елементів, наприклад, елементів Даніеля.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Додаткова інформація
Гальванічний елемент (елемент Даніеля) складається з двох напівелементів, в даному випадку з розчину сульфату міді з мідним електродом і розчину сульфату цинку з цинковим електродом. Цинковий електрод виконує роль електрода, який розкладається, вивільняючи електрони. У той час як інший - мідний електрод приймає електрони. Як правило, за допомогою одного гальванічного елемента можна генерувати лише невеликий струм або напругу.
Збільшення напруги можна досягти, з'єднавши послідовно кілька гальванічних елементів, наприклад, елементів Даніеля. Підвищена напруга відповідає сумі напруг окремих елементів (2 правило Кірхгофа (правило контуру)). При паралельному з'єднанні збільшення напруги не відбувається, але відбувається збільшення струму (1 правило Кірхгофа (правило вузла)). Розчини електролітів напівелементів розділені смужкою фільтрувального паперу, яка забезпечує потік електронів і водночас запобігає дифузії розчинів електролітів.
Інструкції з техніки безпеки
- Одягніть захисні окуляри та рукавички.
- Свинець і нітрат свинцю токсичні при вдиханні та ковтанні, з ризиком накопичення в організмі. Вони також можуть всмоктуватися через шкіру.
- Уникайте будь-якого контакту хімічних речовин з очима та шкірою.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Експериментальна установка
Електроенергія, яку можна транспортувати, необхідна для багатьох речей у нашому повсякденному житті: смартфони, годинники, відеоігри, кардіостимулятори та слухові апарати. Чи можете Ви уявити, яким би було життя без неї?
На додаток до простих гальванічних елементів, ефективність (ККД) елементів можна значно підвищити, з'єднавши їх послідовно. У цьому експерименті Ви дізнаєтесь, як це працює.
Завдання
Складіть 3 елементи Даніеля, з яких спочатку два, а потім три з'єднайте між собою в послідовне коло. Виміряйте напруги з'єднаних елементів.
Потім з'єднайте 2 елементи паралельно і порівняйте їх напругу з виміряними значеннями, отриманими вище.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 1 |
| 4 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 3 |
| 6 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 2 |
| 7 | Наждачний папір, середньозернистий | 01605-00 | 1 |
| 8 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 2 |
| 9 | Пляшка-крапельниця, пластик, 50 мл | 33920-00 | 1 |
| 10 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 11 | Кришки для блоку з заглибленнями, 8 шт. | 37683-00 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 250 мм, червоний | 07355-01 | 2 |
Підготовка (1/2)
Підготовка необхідних розчинів
Розчин сульфату міді (0,1 моль/л): Додайте 7,95 г сульфату міді до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
Розчин сульфату цинку (0,1 моль/л):Додайте 8,05 г сульфату цинку до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
Нітрат калію (1 моль/л): Додайте 55,5 г нітрату калію до 250 мл дистильованої води. Добре перемішайте і доведіть до 500 мл дистильованою водою.
Підготовка (2/2)
Послідовне з'єднання (1/2)
Заповніть вимірювальні комірки 0,1 молярними розчинами сульфату цинку та міді (рис. вище).
З'єднайте пари вимірювальних комірок 1/2, 3/4 і 5/6 як показано на рис. вище за допомогою струмових ключів (контактів), виготовлених зі змочених (розчин нітрату калію 1 моль/л) смужок фільтрувального паперу, накрийте ці комірки кришками і вставте відповідні неізольовані металеві електроди (мідь в розчині сульфату міді, цинк в розчині сульфату цинку).
Потім з'єднайте мідний електрод напівелемента 2 з цинковим електродом напівелемента 3 за допомогою короткого з'єднувального провідника (рис. нижче), а потім виміряйте напругу між цинковим електродом 1 і мідним електродом 4 (рис. нижче). Діапазон вимірювання на вимірювальному приладі повинен бути встановлений на 20 В.
Виконання роботи
Послідовне з'єднання (2/2)
З'єднайте мідний електрод 4 з цинковим електродом 5 через короткий з'єднувальний провідник, а потім виміряйте напругу між цинковим електродом 1 і мідним електродом 6.
Паралельне з'єднання
З'єднайте цинкові електроди 1 і 3 (рис. праворуч) і мідні електроди 2 і 4 за допомогою коротких з'єднувальних провідників. Потім виміряйте напругу між електродами 1 і 4 (або також між 1 і 2 або 3 і 4).
Паралельне підключення
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання