Išbandyk tai – inžinerinis iššūkis „Baterija”

Baterijos galia – kaip veikia šie mažyčiai energijos šaltiniai?

Ar kada nors pagalvojai, kaip veikia tavo mėgstamas žibintuvėlis, nuotolinio valdymo pultas ar dainuojanti muzikinė atvirutė? Dauguma tokių prietaisų veikia dėka mažo, bet galingo išradimo – baterijos!

 Kas yra baterija?

Baterija – tai tarsi mini elektrinė dėžutėje. Ji gamina elektrą, kuri keliauja laidais ir maitina tavo įrenginį. Bet kaip ji tai daro?

Kiekviena baterija turi:

•  – Dvi skirtingas metalines dalis, vadinamas elektrodais – dažniausiai tai varis ir cinkas.

• –  Elektrolitą – tai skystis (arba drėgna medžiaga), kuris turi jonų – mažyčių dalelių, galinčių nešioti elektros krūvį.

Kai metalai įmerkti į elektrolitą, tarp jų atsiranda srovė – tai yra, pradeda judėti elektronai! Tai ir yra elektra, kurią mes galime naudoti.

Ar galima pasigaminti bateriją namuose?

Taip! Ir tam nereikia jokių pavojingų cheminių medžiagų. Viskas, ko tau reikia, yra du metalai ir kažkas rūgštaus arba sūroko – pavyzdžiui, citrina, bulvė, actas ar net sūrus vanduo.

Pavyzdys –  citrinos baterija

1.  x Pažiūrėk, ar turi varinę monetą (vario) ir cinko plokštelę (pvz., nuo galvanizuotos vinies).

2. x Įspausk abu metalus į citriną – taip, kad jie nesiliestų.

3. x Prijunk laidus ir stebėk stebuklą – gali net uždegti LED lemputę!

   

   Citrinos baterija

   
   

Kodėl vieni metalai veikia geriau nei kiti? Skirtingi metalai turi skirtingą potencialą – tai reiškia, kaip lengvai jie atiduoda ar pasiima elektronus. Kuo didesnis skirtumas tarp dviejų metalų, tuo stipresnė srovė! Štai kodėl varis ir cinkas – puiki pora. O jei naudoji, tarkim, du labai panašius metalus – nieko neįvyks.

 Ar baterijos visada buvo tokios? Ne! Pirmosios baterijos buvo labai didelės ir silpnos. Dabar inžinieriai kuria mažas, galingas ir įkraunamas baterijas, kurios telpa net į ausines. Taip pat ieškoma būdų kurti ekologiškesnes baterijas, kurias galima perdirbti ar pagaminti iš natūralių medžiagų.

Kodėl tai svarbu? Baterijos leidžia mums naudoti energiją ten, kur nėra laidų – gamtoje, kelyje, mokykloje. Jos padeda ne tik žaisti, bet ir išgelbėti gyvybes – pavyzdžiui, širdies defibriliatoriuose ar avarinėse komunikacijos sistemose.

Praktinės užduoties esmė. Tavo tikslas – iš buityje randamų medžiagų sukonstruoti veikiančią bateriją, kuri galėtų įžiebti LED lemputę. Tu tapsi išradėju ir tyrinėtoju – kursi elektros grandinę iš paprastų dalykų, kurie slepia mokslo galią.

Ko siekiame šioje veikloje?

•  – Suprasti, kaip veikia baterija.

•  – Išbandyti skirtingas medžiagas ir jų derinius.

•  – Sukurti paprastą elektros grandinę.

•  – Stebėti, kaip keičiasi įtampa ir šviesos intensyvumas.

Priemonės, kurių prireiks:

•  – LED lemputė 

•  – Du skirtingi metalai – cinkas (pvz., vinis) ir varis (moneta ar viela)

•  – Elektrolitas – citrina, bulvė, citrinų sultys, sūrus vanduo, actas

•  – Laidai arba krokodiliukai

•  – Plastikinės talpos arba nedideli puodeliai (jei naudojamas skystas elektrolitas)

•  – (Nebūtina) voltmetras įtampos matavimui

•  – (Saugumo sumetimais)  plėvelė, popieriniai rankšluosčiai

Instrukcija žingsnis po žingsnio

•  – (Nebūtina) Patikrink LED lemputę su baterijų paketu. Prijunkite vieną laido galą prie vieno LED išvado, kitą – prie kito. Jei lemputė nedega, sukeiskite laidus vietomis – LED veikia tik viena kryptimi.

•  – Pasiruošk elektrolitą. Jei naudoji skystį (pvz., citrinų sultis ar druskos tirpalą), supilk jį į nemetalinius indelius. Jei naudoji vaisių ar daržovę (pvz., bulvę, citriną), padėk ant sauso paviršiaus.

•  – Pasiruošk 2 skirtingus metalus. Jei naudoji laidus – patikrink, ar jų galai nuvalyti nuo plastikinės izoliacijos. Jei naudoji vinis ar kitus metalo gabalus, įsitikink, kad jie gerai kontaktuoja su elektrolitu. Jei reikia, lengvai pašveisk galus švitriniu popieriumi.

•  – Sukurk vieną baterijos elementą. Į elektrolitą įstatyk vieną metalą iš vienos pusės, kitą – iš priešingos. Palik tiek metalo paviršiaus išorėje, kad galėtum prijungti laidus ar kitiems elementams.

•  – Išbandyk vieną baterijos elementą. Prijunk LED laidus prie abiejų metalų. Jei LED nedega, pabandyk sukeisti laidus. (Pasirinktinai – patikrink įtampą voltmetru.)

•  – Sukurk ir prijunk papildomus elementus. Padaryk antrą tokį pat baterijos vienetą. Prijunk pirmojo elemento neigiamą metalą su antrojo teigiamu. Laisvus galus naudok LED prijungimui.

•  – Išbandyk kelių elementų bateriją. Ar LED įsižiebė? Jei ne – tęsk jungimą: kiek elementų reikia, kad lemputė degtų? Atlik bandymą: ar šviesos intensyvumas didėja su kiekvienu papildomu elementu?

Klaidų diagnostika. Kodėl neveikia mano baterija?

Jeigu tavo LED lemputė neužsidega, neskubėk nusivilti! Gali būti, kad problema yra visai nedidelė. Patikrink šiuos dalykus:

1. Elektrolitai liečiasi tarpusavyje? Jei naudojate kelis baterijos vienetus (pvz., kelias citrinas), įsitikink, kad jų skysčiai nesilieja vienas su kitu. Priešingu atveju susidaro trumpasis jungimas – elektronai apeina LED lemputę, ir ji neužsidega.

2. Ar visos jungtys tikrai gerai kontaktuoja? Patikrink, ar visos vietos, kur laidai liečia metalus ar LED, yra tvirtai sujungtos. Jeigu kur nors kontaktas prastas, elektros srovė nepateks į lemputę.

3. Gal LED prijungta atvirkščiai? LED lemputės veikia tik viena kryptimi. Jei LED nešviečia, pabandyk sukeisti laidus vietomis. Tai dažniausiai padeda!

4.  Ar metalai tikrai atviri? Kai kurie laidai ar metalai turi ploną plastiko arba oksidacijos sluoksnį, kuris trukdo kontaktui. Pabandyk nušveisti laidų arba monetos galą švitriniu popieriumi, kad metalas geriau kontaktuotų su elektrolitu.

5.  Reikia daugiau baterijos vienetų! Jei viskas atrodo gerai, bet LED vis tiek neužsidega, gali būti, kad tavo baterijos per silpnos. Sukurk dar kelis vienetus (pvz., dar vieną citriną ar bulvę su dviem metalais), ir sujunk juos nuosekliai – kaip traukinuką. Kuo daugiau vienetų, tuo stipresnė įtampa!

6.  Pasitikrink su voltmetru. Jei turi įtampos matuoklį (voltmetrą) – puiku! Prijunk jį prie baterijos galų. Jei rodo 0, tavo baterija neveikia. Jei rodo mažą skaičių (pvz., 0,6 V), vadinasi, reikia daugiau vienetų.

7.  Lemputė gali būti sugedusi. Galiausiai – galbūt tiesiog su LED lempute yra problema. Išbandyk ją su baterijų pakuote ar kita baterija. Jei vis tiek nešviečia – gali reikėti naujos.

IŠBANDYK DAUGIAU! Jei tau patiko kurti savo bateriją – laikas tapti tikru išradėju ir žengti dar vieną žingsnį pirmyn. Šie iššūkiai padės tau išbandyti savo kūrinį dar rimčiau!

1. KOKIOS ĮTAMPOS REIKIA?

 – Išmatuok, kokia įtampa reikalinga, kad užsidegtų LED.
 – Paimk voltmetrą ir prijunk jo kontaktus prie metalų, prijungtų prie LED lemputės.
 –  Užsirašyk rezultatą.
–  Kai pridedi arba atimi vienetų (celių) iš baterijos – ar įtampa keičiasi?
 – Tikslas –  sukurk kuo didesnės įtampos bateriją iš buityje randamų medžiagų!

2. LED ar VARIKLIUKAS?

 Pabandyk prijungti mini varikliuką (pvz., iš seno žaislo ar ventiliatoriaus).
❓ Kiek vienetų (celių) reikia, kad jis pradėtų suktis?
⚙️ Kiek kartų reikia padidinti įtampą, lyginant su LED?

NAUDINGA MOKYTOJUI

Skaidrės pamokos pradžiai – Baterijos

Iššūkį parengė Šiaulių techninės kūrybos centro mokytojas Justinas Dedūra