Électricité et lumière d'un citron : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Il y a un peu plus de 200 ans, le physicien italien Alessandro Volta inventait la première vraie batterie. Dans cette expérience scientifique en classe, nous pouvons recréer une batterie très similaire que Volta a inventée en utilisant rien de plus qu'un citron et deux morceaux de métal. Elle est assez puissante pour allumer une LED, on crée vraiment de la lumière à partir d'un citron !

Au fait… La batterie de Volta utilisait du cuivre, du zinc et un chiffon imbibé d'eau salée. Dans notre expérience, nous utiliserons du cuivre, du magnésium et un citron, mais la théorie est la même, nous utilisons une réaction chimique pour produire de l'électricité.

Le projet s'adresse aux élèves âgés de 10 à 15 ans (niveau américain 5-9). Les élèves plus âgés devraient être capables de terminer le projet sans aide et de comprendre pourquoi le circuit ne fonctionne pas (par exemple, la connexion n'est pas bonne entre les citrons, etc.).

Le projet est parfait pour les cours de physique ou de sciences générales mais pourrait également être étendu à un cours d'informatique. Cela amènera vos étudiants à réfléchir à la source d'alimentation de leurs téléphones portables. Le cours montre qu'une batterie utilise une réaction chimique pour créer un courant électrique.

Fournitures

• Un demi-citron coupé en 3 quartiers (soit 3 x 1/6 d'un citron)
• Du fil de cuivre (environ 12" (20 cm) au total) - c'est le fil utilisé dans les prises électriques de votre maison. Si vous connaissez un électricien, il est sûr d'avoir de nombreuses chutes que vous pouvez utiliser. Sinon, il est disponible dans toutes les quincailleries.
• Du ruban de magnésium (environ 3" (10 cm) au total) - il est disponible en ligne pour environ 3 $ pour un mètre (1 m). Si vous ne pouvez pas l'obtenir, les clous "galvanisés" fonctionneront également (mais pas aussi bien), ce sont clous recouverts de zinc, les quincailleries en auront, ils ont l'air gris et ternes à regarder (c'est-à-dire pas brillants).
• Une LED (LED 3v normale), évitez le bleu car ils avaient parfois besoin de plus de puissance pour les allumer.

Étape 1: préparer les matériaux et fabriquer les cellules

Prendre le 1/2 citron et le couper en 3 quartiers comme indiqué sur la photo

Ensuite, coupez 2 morceaux de fil de cuivre d'environ 1" de long. Assurez-vous qu'il n'y a pas de blindage en caoutchouc autour du câble, il doit être de couleur "cuivre":-)

Enfin 3 morceaux de ruban de magnésium d'environ 1 de long (c'est simple à couper avec des ciseaux)

Nous allons créer 3 petites batteries (ou "cellules"). Chaque batterie se compose d'un segment de citron, d'une borne en cuivre et d'une borne en magnésium.

Pourquoi avons-nous besoin de 3 batteries me demandez-vous ? Eh bien, chaque batterie produira environ 1 volt d'électricité, mais une LED a besoin d'environ 3 volts d'électricité pour fonctionner. Donc si on branche 3 batteries d'affilée on aura 3 volts, ça devrait être parfait pour allumer la LED.

Étape 2: câblez les 3 batteries d'affilée

Nous avons donc les 3 batteries, maintenant nous devons les connecter à la suite.

Ce qui est important à ce stade, c'est que la borne en cuivre d'une batterie se connecte à la borne en magnésium de la batterie suivante. La façon la plus simple de le faire est de plier le fil de cuivre de manière à ce qu'il se comprime sur le magnésium pour établir une connexion étanche.

Si vous connectez accidentellement le cuivre au cuivre ou le magnésium au magnésium de chaque batterie, les batteries s'annuleront fondamentalement, c'est comme mettre l'une des batteries de la télécommande de votre téléviseur dans le mauvais sens, la télécommande ne fonctionnera pas.

Nous avons donc maintenant les 3 batteries d'affilée.

Étape 3: Connectez la LED et laissez-la lumière

Enfin on peut connecter la LED à la borne toute gauche de la batterie gauche et à la borne toute droite de la batterie droite pour que le circuit électrique soit fait.

Mais attendez - la LED est très particulière sur la façon dont elle est connectée. Vous verrez que l'une des pattes de la LED est plus longue que l'autre, c'est ce qu'on appelle "l'anode", elle doit être connectée au côté positif (+) de la batterie. La jambe la plus courte s'appelle la "Cathode", elle doit être connectée au côté négatif (-) de la batterie.

Mais quelle est la borne positive et quelle est la borne négative sur la batterie citron ?

…..le cuivre est positif (+), alors connectez la branche longue de la LED au fil de cuivre et connectez la branche courte de la LED à la borne en magnésium.

Et hop, la LED devrait s'allumer. Si vous pressez les segments de citron, vous verrez peut-être la LED briller plus fort car plus de jus sera libéré, ce qui permettra une meilleure connexion aux bornes.

Alors, quelle est la science derrière cette magie ?

Eh bien, une réaction chimique a lieu entre les deux bornes métalliques différentes (appelées "électrodes"), le jus de citron aide à la réaction (c'est ce qu'on appelle "l'électrolyte"). Lorsque la réaction chimique a lieu, des "électrons" supplémentaires sont créés qui circulent le long du circuit dans la LED. La LED convertit ensuite ces électrons en Lumière.

Voyez ce qui arrive aux bornes si vous laissez la LED connectée pendant quelques heures - J'ai bien peur que vous n'ayez pas inventé une batterie qui durera éternellement !

Vous pouvez également essayer avec seulement 2 cellules, la LED devrait s'allumer mais sera plus faible. Avec une seule cellule, c'est sûr que la tension sera trop basse pour allumer la LED, mais allez-y et essayez.

Les batteries deviennent de plus en plus essentielles pour alimenter nos appareils mobiles et nos voitures électriques, cette classe montre que la technologie des batteries a parcouru un long chemin au cours des 200 dernières années, mais il y a encore beaucoup de place pour l'amélioration… besoin de recharger une fois par an !

Si vous ne trouvez pas de ruban de magnésium:

Enfin, si vous n'avez pas de magnésium, vous pouvez également essayer l'expérience en utilisant du zinc comme l'a fait Alessandro Volta à la place du magnésium (certains clous zingués (appelés "galvanisés") peuvent être utilisés) mais vous devrez peut-être utiliser plus de 3 cellules puisque le zinc ne produira qu'environ 0,9 volt par cellule contre plus de 1 volt avec le magnésium.