Можно ли зарядить ipod, используя фрукты и овощи? Давайте выясним это, а заодно и узнаем как работает батарейка.

Что нужно

Несколько кислых фруктов, цитрусовых, яблоки или груши замечательно подойдут.
Что-нибудь медное, например монета. Мы использовали медные гвозди.
Нечто, изготовленное из цинка, например оцинкованный гвоздь.

Мультиметр для измерения тока и напряжения.
Объект изготовленый из других металлов, например неоцинкованный гвоздь.

Если вы действительно хотите зарядить Ipod вам также потребуется USB кабель и куча фруктов и гвоздей...

Что делать

Если вы просто хотите сделать аккумулятор (аккумуляторный элемент, если говорить технически, так как аккумулятор имеет несколько элементов):

Вставляем оцинкованный гвоздь в плод.
Втыкаем рядом с ним медный (Убедитесь, что они не касаются друг друга, а то будет короткое замыкание), если вы используете цитрус, попытайтесь воткнуть их в одну и ту же дольку.
Измерьте напряжение между гвоздями.
Теперь оцените силу тока, которую оно будет производить.
Попробуйте использовать различные металлы, посмотрите что происходит.

Если вы действительно хотите зарядить MP3-плеер, будьте готовы, если он вдруг сломается ;)

Соберите по крайней мере 12 этих элементов вместе. Можно воткнуть по нескольку гвоздей в каждый плод.

Отрежьте USB кабель и определите какие провода передают ток. Для этого воткните его в комп и измерьте напряжение.
Подключите аккумулятор к отрезанному USB кабелю.
Подключите ваш MP3-плеер

Что может случиться

Вы обнаружите, что напряжение между цинковым и медным гвоздями составляет примерно 1 вольт. Звучит хорошо, но этого мало. Мы получим максимум 0.1 мА.
Вы обнаружите, что разные металлы будут давать разное напряжение, например сталь с цинком или медью будут производить около 0,5 вольт.

Если у вас куча фруктов и достаточно металлических предметов, вы можете легко получить достаточное количество тока для того, чтобы mp3 плеер подумал будто он заряжается. Для зарядки на самом деле используется больше энергии, чем вы дадите, но это определенно работает и в принципе, если вы соедините достаточно гвоздей и фруктов вместе, то он на самом деле зарядится.

Что происходит?

Если вы воткнете в фрукт два гвоздя из разных металлов, произойдет химическая реакция. Если цинк сможет отпустить от себя свои ионы, это позволит высвободить энергию, но также и потерять электроны. Если цинк подключен к меди в электрической цепи, электроны начнуть двигаться по этой цепи и нейтрализуют ионы меди в лимоне. Этот процесс освобождает энергию, которую вы может использовать для зарядки MP3-плеера.

Вы создали аккумулятор (или элемент аккумулятора), который работает на том же принципе, что и те, которые вы покупаете в магазине. В покупных используют различные металлы, там гораздо лучше оптимизированы конструкция и технология и меньше фруктов, но они работают по тому же принципу.

Как ионы меди существуют в лимоне?

Их там будет конечно очень мало, но большинство появится после окисления тонкой медной пленки (тонкая темная пленка, покрывающая медь), что освободит все ионы меди, находящиеся в ней.

Почему реакция не происходит без электроцепи?

Атом цинка должен освободить Zn2+ ионы, что влечет потерю 2 отрицательно заряженных электронов. Если эти электроны не будут двигаться, цинк станет отрицательно заряжен и будет притягивать больше положительно заряженных ионов Цинка обратно, так что реакция остановится.

Что произойдет если замкнуть цепь?

Электроны будут течь по электроцепи к медным электродам, где ионы меди будут притягиваться к негативно заряженым электронам. Когда они встретятся, то нейтрализуются. Поскольку цинк более реактивный, чем медь, этот процесс высвобождает энергию равную примерно 1 джоулю на каждый кулон перемещенного заряда. Также батарейка производит 1 вольт. Это напряжение связано с разницей в реакционной способности двух металлов, так что если взять другие металлы, напряжение изменится.

Почему батарейки производят такой небольшой ток?

Для получения тока большой силы, обе химических реакции должны произойти быстро, так что чем больше площадь поверхности и больше реагентов в растворе, тем быстрее будет протекать реакция. В батарейке очень низка концентрация ионов Cu2+ поэтому реакция идет медленно, ограничивая силу производимого тока.

Другой ограничивающий фактор заключается в том, что ионам трудно перемещаться внутри фрукта и поэтому нужно время чтобы вокруг Цинка собрались положительно заряженные ионы, а вокруг Меди - отрицательные. Это означает, что разница потенциалов между цинковым и медным гвоздями меньше, так что вместо того чтобы дать 1 Вольт ячейка производит 0,5. Если подождать немного, поток ионов преодолеет фрукт и всё будет ОК.

Вот почему нам необходимо использовать 12 одновольтных ячеек для производства 5 Вольт необходимых для зарядки mp3-плеера, каждая ячейка на самом деле дает меньше половины вольта.