Лимонная батарейка

Все держали в руках и даже использовали всевозможные гальванические элементы – для фонариков, часов, …{} мультиметров! Но мало кто видел их изнутри. А там все просто, два металла и лимон. Не пытайтесь построить теоретическую модель и тем, более рассчитать ожидаемые результаты измерений. Эта теория слишком сложна!

Приборы и оборудование: свежий лимон, мультиметр, набор резисторов (их сопротивление вы можете и должны измерить), соединительные провода, набор электродов: угольный (не ошибетесь), гвозди (железный, оцинкованный, омедненный – легко отличить по цвету), оловянный (очень гибка проволока), серебряный (лапки резисторов).

При проведении измерений не торопитесь, необходимо дождаться установления постоянного значения измеряемого напряжения. Электроды всовывайте в лимон на расстоянии не менее 2 см. Металлические электроды вставляйте в лимон только на время измерений (они могут окисляться и растворяться). Если измеряемые напряжения испытали резкий скачек (особенно это касается оцинкованного гвоздя) обращайтесь к организаторам – возможно. что покрытие разрушилось - электрод заменим! Строго соблюдайте порядок подключения в соответствии с указаниями в данной задаче.

Часть 1. Электрохимический ряд металлов.

При погружении двух различных металлов в раствор электролита (в данной задаче – внутрь лимона) между ними возникает ЭДС, исследовать которую Вам и предстоит в данной части этого задания.

1.1 Измерьте значения напряжения между угольным и металлическим электродом. Угольный электрод подключайте ко входу мультиметра «COM».

Обозначим измеренное напряжение \(\Phi_{X}\), где индекс \(X\) обозначает символ металла (\(Fe, Cu, Zn, Sn, Ag\)).

1.2 Оцените погрешность измерения величины \(\Phi_{Zn}\) для цинка.

1.3 Проведите измерения напряжения \(U_{YX}\), возникающего при подключении к двум металлическим электродам (\(Y\), \(X\)) для всех пар имеющихся металлов. При этом металл \(Y\) должен быть подключен ко входу «COM».

Обращаем внимание, что} \(U_{YX}\) и \(U_{XY}\) не одно и тоже!}

Результаты измерений представьте в таблице.

В ячейки второй строки занесите измеренные значения величин \(\Phi_X\) (напряжения в паре с угольным электродом), В остальные ячейки – значения \(U_{YX}\).

1.4 На одном бланке постройте графики зависимости величин \(U_{YX}\) от \(\Phi_X\) для каждого элемента \(Y\) (всего 5 графиков).

1.5 Найдите зависимость величин \(U_{YX}\) от величин \(\Phi_X\), \(\Phi_Y\). Ваш вывод обоснуйте результатами измерений и построенных графиков.

Часть 2. Нагрузочная характеристика лимонного элемента.

В данной части исследуйте гальванический элемент с парой углерод – медь.

Подключайте к вашему элементу резисторы различных сопротивлений (не забывайте про комбинаторику).

2.1 Измерьте зависимость напряжения на подключенном резисторе от его сопротивления.

2.2 Постройте график зависимости напряжения на резисторе от силы тока через него.

2.3 Обоснованно ответьте на вопрос: «Можно ли считать ЭДС и внутреннее сопротивление лимонного гальванического элемента постоянными?»

2.4 На основании проведенных измерений оцените, в каких пределах изменяются ЭДС и внутреннее сопротивление элемента при изменении силы тока через него.

2.5 Кратко (в 3-4 предложениях) выскажите свои гипотезы о характере наблюдаемых зависимостей.