Guinguette Marais Poitevin

Concetti chiave
Elettricità
Batterie
Reazione elettrochimica
Conduttore elettrico

Introduzione
Ti immagini come cambierebbe la tua vita se non esistessero le batterie? Se non fosse per questo pratico modo di immagazzinare energia elettrica, non saremmo in grado di avere tutti i nostri dispositivi elettronici portatili, come telefoni, tablet e computer portatili. Anche molti altri oggetti – dalle auto telecomandate alle torce elettriche e agli apparecchi acustici – avrebbero bisogno di essere collegati a una presa di corrente per funzionare.

Nel 1800 Alessandro Volta inventò la prima batteria, e da allora gli scienziati hanno lavorato duramente per migliorare i progetti precedenti. Con tutto questo lavoro sulle batterie e con tutta la frustrazione che potresti aver avuto nel gestire quelle morte, potrebbe sorprenderti il fatto che puoi facilmente crearne una con materiali domestici. Prova questa attività e potrebbe solo caricare la tua immaginazione!

Sfondo
Le batterie sono contenitori che immagazzinano energia chimica, che può essere convertita in energia elettrica – o ciò che noi chiamiamo elettricità. Per fare questo dipendono da una reazione elettrochimica. La reazione avviene tipicamente tra due pezzi di metallo, chiamati elettrodi, e un liquido o una pasta, chiamato elettrolita. Affinché una batteria funzioni bene, gli elettrodi devono essere composti da due diversi tipi di materiali. Questo assicura che uno reagisca diversamente dall’altro con l’elettrolita. Questa differenza è ciò che genera elettricità. Collega i due elettrodi con un materiale che può trasportare bene l’elettricità (chiamato conduttore) e le reazioni chimiche si accendono; la batteria sta generando elettricità! Mentre fai i collegamenti, nota che all’elettricità piace prendere il percorso di minor resistenza. Se ci sono più modi per andare da un elettrodo all’altro, l’elettricità prenderà il percorso che la fa scorrere più facilmente.

Ora che conosci gli elementi essenziali di una batteria, esaminiamo alcuni materiali domestici. Il foglio di alluminio è un buon conduttore: l’elettricità scorre facilmente attraverso di esso. Anche il corpo umano conduce l’elettricità, ma non così bene come il foglio di alluminio. Gli elettrodi sono comuni come i penny di rame che potresti avere nascosto nel tuo salvadanaio. Per quanto riguarda gli elettroliti, si trovano in tutta la cucina; il succo di limone è solo un esempio. Una semplice batteria domestica potrebbe essere più facile da fare di quanto immaginate!

Materiali

• Almeno due penny
• Acqua
• Qualche goccia di sapone per piatti
• Salviette di carta
• Foglio di alluminio (almeno nove per 60 centimetri)
• Forbici
• Ruler
• Almeno un limone (preferibilmente con la buccia sottile)
• Piatto
• Coltello (e l’aiuto di un adulto quando lo si usa)
• Almeno due graffette plastificate
• Più

Preparazione

• Lavate i vostri penny in acqua e sapone, poi sciacquali e asciugali con un tovagliolo di carta. Questo rimuoverà lo sporco che vi si è attaccato.
• Taglia con cura tre rettangoli di foglio di alluminio, ciascuno di tre centimetri per 20 centimetri.
• Piega ogni striscia in tre nel senso della lunghezza per ottenere tre robuste strisce di alluminio di un centimetro per 20 centimetri.
• Nota: In questa attività farai una batteria a bassissimo voltaggio. La quantità di elettricità generata da questa batteria fatta in casa è sicura, e sarai anche in grado di testarla toccando il tuo dito e sentendo la debole corrente. Tensioni più alte di elettricità, tuttavia, possono essere molto pericolose e persino mortali; non dovresti sperimentare con batterie commerciali o prese a muro.

Procedura

• Posiziona il limone su un lato su un piatto e fai in modo che un adulto usi il coltello per fare un piccolo taglio vicino al centro del limone (lontano dalle due estremità). Fai un taglio lungo circa due centimetri e profondo un centimetro.
• Fai un secondo taglio simile a circa un centimetro di distanza e parallelo al primo taglio.
• Spingi un penny nel primo taglio finché solo metà di esso è visibile sopra la buccia del limone. Una parte del penny dovrebbe essere in contatto con il succo di limone perché è quello che serve come elettrolita. Questo penny di rame in contatto con il succo di limone serve come primo elettrodo. Nota: se il tuo limone ha una buccia molto spessa, potresti aver bisogno di un adulto per tagliare via con cura qualche buccia di limone. Perché pensi che sia importante che una parte del penny sia in contatto con il succo di limone?
• Fai scivolare una delle strisce di alluminio nel secondo taglio finché non sei sicuro che parte dell’alluminio sia a contatto con il succo di limone. Puoi indovinare quale parte di una batteria è la striscia di alluminio che si trova all’interno del limone? Pensi che sia importante che l’alluminio sia a contatto con il succo di limone?
• Hai appena fatto una batteria! Ha due elettrodi fatti di metalli diversi e un elettrolita che li separa. Pensi che questa batteria stia generando elettricità o manca ancora qualcosa?
• La tua batteria può generare elettricità ma lo farà solo quando gli elettrodi sono collegati con qualcosa che conduce elettricità. Per fare una connessione, attacca la seconda striscia di alluminio alla parte del penny che sporge dal limone con una graffetta rivestita di plastica. Assicurati che l’alluminio tocchi il penny in modo che l’elettricità possa passare tra il rame e l’alluminio. Hai usato una striscia di alluminio per creare una connessione; ti aspetteresti che una striscia di plastica funzioni altrettanto bene? Sai perché non è necessario creare una connessione al secondo elettrodo per questa particolare batteria?
• Non appena le due strisce di alluminio si toccano, l’elettricità sarà prodotta nella batteria e scorrerà attraverso le strisce, da un elettrodo all’altro. Poiché non si può vedere il flusso di elettricità, si può provare a sentirlo. Tieni le due strisce a circa un centimetro di distanza e toccale con la punta del dito. Riesci a sentire un formicolio, creato da una piccola quantità di elettricità che scorre da una striscia di alluminio all’altra attraverso il tuo corpo?
• Per avere più energia elettrica (e una sensazione di formicolio leggermente più forte), puoi costruire una seconda batteria, identica alla prima. Puoi scegliere un punto diverso sul limone che hai appena usato o usare un secondo limone per costruire una seconda batteria. Nota che hai bisogno di una sola striscia di alluminio per costruire una seconda batteria. Per collegare la seconda all’originale trova la striscia di alluminio della prima batteria che serve da elettrodo. Usa una graffetta rivestita di plastica per attaccare l’altra estremità di questa striscia di alluminio al penny della seconda batteria. Questo collega l’elettrodo di alluminio della prima batteria all’elettrodo di rame della seconda batteria.
• Testa questa serie di batterie collegate in modo simile a come hai testato la batteria singola, portando le estremità delle due strisce di foglio di alluminio che spuntano dal tuo set di batterie (quelle che hanno un’estremità libera) a contatto con la punta del dito. Riesci a sentire l’elettricità che scorre? Se la prima volta l’hai sentita bene, questa volta è diverso? (Nota: se non riesci a sentire la sensazione di formicolio, controlla se ogni elettrodo – i penny e le strisce di alluminio infilate nel limone – sono inseriti abbastanza in profondità in modo da essere in contatto con il succo di limone; assicurati che ci sia un contatto stabile tra il penny e la sua striscia di alluminio attaccata; e che le strisce di alluminio non si tocchino tra loro. Se tutto è corretto, forse hai bisogno di un po’ più di elettricità per sentire il formicolio. Puoi testare un’altra persona per vedere se lui o lei può sentire l’elettricità o puoi scegliere di aggiungere un’altra batteria al limone al tuo set: Ora che puoi rilevare se l’elettricità viene generata o meno, prova alcune configurazioni diverse. Cosa succede se lasci che le strisce di alluminio si tocchino? Cosa succede se sostituisci una striscia di alluminio con un pezzo di plastica, una graffetta di metallo non piegata o uno stuzzicadenti?
• Extra: Gli scienziati chiamano il modo in cui hai collegato le tue batterie in questa attività “collegare le batterie in serie”. Pensi che il modo in cui colleghi due batterie faccia una differenza nella quantità di elettricità che hai sentito? Provalo collegando i due elettrodi di rame l’uno all’altro e collegando i due elettrodi di alluminio nello stesso modo. (Nota: avrai bisogno di una striscia extra di alluminio per fare questo.) Gli scienziati chiamano questo “collegare le batterie in parallelo”. Prova entrambi i modi di collegare le batterie e confronta. Senti una differenza?
• Extra: Prova diversi tipi di metalli come elettrodi per le tue batterie. Pensi che una batteria con due penny come elettrodi possa generare elettricità? E una batteria con un penny e un nickel? Nota che alcune combinazioni potrebbero generare elettricità, ma la quantità generata potrebbe essere inferiore alla tua capacità di sentirla. Collegare due o più di queste batterie potrebbe aiutarti a identificare buone combinazioni.
• Extra: Hai usato un limone per fornire l’elettrolita alla tua batteria. Pensi che altre verdure o frutta funzionerebbero altrettanto bene? Una batteria di patate, mele o cipolle funzionerebbe? Provane un po’ dalla tua cucina (con il permesso, ovviamente). C’è un frutto o un ortaggio in particolare che supera gli altri? Con quello che hai imparato su come le batterie generano elettricità, perché pensi che un tipo di prodotto sia una batteria più forte?
• Extra: Se hai a disposizione un LED (diodo emettitore di luce), indaga su quante batterie al limone sono necessarie per accenderlo.

Osservazioni e risultati
Hai sentito il formicolio nel tuo polpastrello?

La batteria che hai appena fatto ha un elettrodo di rame e uno di alluminio separati da succo di limone elettrolitico. Genererà elettricità non appena l’elettricità avrà un percorso per fluire da un elettrodo all’altro. Hai creato questo percorso usando strisce di alluminio, un materiale che conduce bene l’elettricità.

Collegando la tua batteria al tuo polpastrello, hai permesso alla piccola quantità di elettricità che genera di attraversare il tuo corpo. Questa quantità di elettricità può creare una sensazione di formicolio in un polpastrello. Le esperienze saranno diverse da persona a persona. Alcune persone potrebbero sentire solo il segnale più grande generato dal collegamento di diverse batterie in un modo particolare. Lasciare che le strisce di alluminio si tocchino fornisce un modo molto facile per l’elettricità di correre da un elettrodo all’altro, quindi quasi nessuna elettricità viaggerà attraverso il tuo corpo e la sensazione di formicolio scompare. La plastica e il legno non conducono bene l’elettricità; non se ne sentirà nessuna quando si usano questi materiali come connessioni. I metalli, invece, conducono bene l’elettricità. Diverse combinazioni di metalli come elettrodi influenzano la quantità di elettricità generata. Usare metalli identici come elettrodi non genererà elettricità, comunque.

In questa attività hai fatto una batteria fatta in casa a bassissimo voltaggio. Ma usare batterie commerciali può essere pericoloso e non sperimentare mai con le prese a muro!

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