2019年3月1日 星期五

檸檬電池點燃鋼絲絨

最近又看到有人在分享這個,https://youtu.be/Bv2vT665bGI

歡呼科學的偉大,足以對抗世界末日...,甚至連理化老師也...,坦白說我實在不太想潑冷水,但事實上真的可行嗎?

我們從幾個角度來看
1.所謂水果電池其實真正的反應是金屬燃料電池,負極是活性大的金屬,正極是空氣中的氧,以影片中的實驗來說
負極用的是鐵,氧化電位 0.44V,Fe(s)→Fe2+ + 2 e−
正極是氧氣,還原電位 0.4V,O2(g) + 2H2O(l)+ 4e− → 4OH−(aq)
電池的電壓理論值為 0.84V,實測的結果約為 0.5V
產生的電流最大約 1~2mA
電解質為符合檸檬的感覺,使用的是檸檬酸。
影片串聯(這個也有問題,等會兒說)了 6 組電池,真的好棒棒
這樣就有 3~4V的電壓了!可以讓鋼絲絨通電了


2.點燃鋼絲絨的條件是什麼
科學再怎麼厲害還是有限度的,能量守恆擺在前面,王都要伏首稱臣
根據實測,以零號鋼絲絨來說,電阻小到三用電表幾乎測不出
因此所需要的電壓其實相當低,所以要能夠讓鋼絲絨產生足夠的熱來燃燒就要靠電流了
依小弟的實驗,大約4.2 伏特、500mA 左右的功率
才足以讓鋼絲絨產生火花,換句話說電池需要有 2W 左右的功率才行
怎麼點也有技巧,直接接上鋼絲絨溫度是不夠的
要輕輕摩擦鋼絲絨表面才能產生火花,why?
還是回到能量守恆啊
2W 的功率要讓鋼絲絨溫度上升到燃燒,你等到電池沒電也等不到
所以我們利用的方式其實是電弧
當通電後斷路的瞬間,會使導線和鋼絲絨之間小空隙的空氣瞬間通電產生高溫
這個高溫就可以讓鋼絲絨點燃,之後就一發不可收拾了!
所以電壓不是只有讓鋼絲絨導電的功能而已,還是需要一定的電壓才容易產生電弧
但不管如何,功率要夠還是第一條件。

3.那電池需要串聯還是並聯
所以我們的檸檬電池(很爛的稱呼,暫時先這樣叫)需要串聯還是並聯呢?
這是一個不符合歐姆定律的電路,不是串聯越多,電流就跟著增加
一個 cell 的最大電流是 2mA(給它大一點好了),串了六個還是 2mA 好嗎?哥哥~~
所以我們如果要增加功率,以焦耳定律來說,需要增加的是電流
所以並聯才是最佳選擇
六個檸檬電池若並聯理論上就可以有 12mA 的電流,整組的功率約0.006W,Ya!!!
可是這樣電壓夠嗎?

4.影片那種接法到底是串聯還是並聯
檸檬和橘子一樣,一片一片的接在一起,每片中間有一層膜相互隔開
這層膜理論上是可以讓電解質通過的薄膜,但還是會有些阻礙
如下藍色是一片,綠色是一片(想像是橘子比較容易,想不出來就算了)
你如果要作一個檸檬電池,兩片電極要插在同一種顏色?還是不同顏色?(當然兩片不能接觸),給共耶~~
當然是同一個顏色的區塊內電阻比較小啊!可是他老兄可不是這麼插喔~~
再說吧,就算一個藍一個綠,也沒關係,政府假設還是可以運作…,ㄜ~不是
是電池假設還是可以運作,他老兄是這麼接的,這應該叫做串聯沒錯吧?


我們預期(ag)(bh)(ci)(dj)(ek)(fl)分別是一組電池,這樣才會是串聯
但如果電解質藍色可以通到綠色,那不管你怎麼接,(fg)不就是一組電池了嗎?還是 0.5V 啊~~
如果是要並聯,也應該是負極全部相連,正極全部相連才是?
小弟理化學得不好,不懂?不懂?略懂?略懂?

總之,實驗的經驗告訴我們,檸檬電池串接三個要點亮 LED 沒問題
要開車也可以(1400 個!!,註 )
但這種便宜行事的接法,我是怎麼實驗都做不出來啊!!誰能教教我!!



https://youtu.be/LvMP3G2wRao?list=PLEBT6lP5URDYtxtofNVjEeqHi7I1UJ_QI