Key concept
Electricity
Batteries
Electrorochemical reaction
Electric conductor
Introduction
もしも電池がなかったら、あなたの生活はどう変わっていたでしょうか？ もし、電気エネルギーを蓄える便利な方法がなかったら、私たちは携帯電話やタブレット、ノートパソコンなどのポータブル電子機器を手に入れることができなかったでしょう。
1800年にアレッサンドロ・ボルタが最初の電池を発明して以来、科学者たちは以前の設計に改良を加えてきました。
1800年にアレッサンドロ・ボルタが最初の電池を発明して以来、科学者たちは以前の設計を改良するために懸命に働いてきました。これだけ電池に力が注がれていて、電池切れでイライラしたことがあるかもしれません。
背景
電池は化学エネルギーを蓄える容器で、それを電気エネルギー、つまり私たちが電気と呼ぶものに変換することができます。 そのためには、電気化学反応を利用しなければなりません。 この反応は通常、電極と呼ばれる2つの金属と、電解質と呼ばれる液体またはペーストの間で起こります。 電池がうまく機能するためには、電極は2種類の異なる材料でできていなければならない。 これは、電極と電解液の反応が異なるためです。 この違いが電気を生み出すのである。 2つの電極を、電気をよく通す物質（導電体）でつなぐと、化学反応が活発になり、電池が発電します。 接続の際に注意したいのは、電気は抵抗の少ない道を通ることです。
電池の基本的な仕組みがわかったところで、家庭にある材料を見てみましょう。 アルミホイルは、電気が流れやすい良導体です。 人間の体も電気を通しますが、アルミホイルほどではありません。 電極は、貯金箱に入っている銅の小銭のように身近なものです。 電解質は、レモン汁など台所にあるものばかりです。 シンプルな家庭用電池は、意外と簡単に作れるかもしれませんね。
材料
- 1円玉2枚以上
- 水
- 食器洗い用洗剤数滴
- ペーパータオル
- アルミホイル（9×60cm以上）li
- ハサミ
- 定規
- レモン1個以上（できれば皮の薄いもの）
- 皿
- ナイフ（使うときは大人が手伝う）
- プラスチック製のクリップ2個以上liコーティングされたペーパークリップ
準備
- 小銭を石けん水で洗い、すすぎ、乾かします。 ペーパータオルで水洗いし、乾かします。
- 3センチ×20センチのアルミホイルを3枚、丁寧に切ります。
- 縦に3つ折りにして、1センチ×20センチの丈夫なアルミホイルを3枚作ります。
- 注意：この活動では、非常に電圧の低い電池を作ります。 この手作り電池で発生する電気の量は安全で、指を触れて微弱な電流を感じることでテストすることができます。
手順
- 皿の上にレモンを横にして置き、大人がナイフでレモンの中央付近（両端から離れたところ）に小さな切り込みを入れます。
- 同じような切り口を、最初の切り口と平行に、約1cm離れたところに作ります。
- 最初の切り口に、レモンの皮の上にペニーの半分だけが出てくるまで、ペニーを押し込みます。
- 最初の切り込みで、1円玉の半分がレモンの皮の上に出るまで押し込みます。 このレモン果汁に触れた銅貨が、最初の電極となります。 注：レモンの皮が非常に厚い場合は、大人の方に皮を丁寧に切り取ってもらう必要があるかもしれません。 銅貨の一部がレモン汁に触れることが重要なのはなぜだと思いますか？
- アルミの一部がレモン果汁に触れていることが確認できるまで、アルミの片方を2つ目の切り口にスライドさせます。 レモンの中に入っているアルミ片は、電池のどの部分かわかりますか？ アルミニウムがレモン果汁と接触することは重要だと思いますか？
- あなたは今、電池を作りました。 異なる金属でできた2つの電極と、それらを隔てる電解質があります。 この電池は発電していると思いますか、それともまだ何か足りないのでしょうか？
- この電池は電気を発生させることができますが、電極を電気を通すものと接続しないと電気を発生させることができません。 接続するために、2本目のアルミ片を、レモンから出ている1円玉の部分に、プラスチックコーティングされたペーパークリップで取り付けます。 銅とアルミの間に電気が通るように、アルミがペニーに触れるようにします。 アルミニウムの帯を使って接続しましたが、プラスチックの帯でも同じように接続できるでしょうか？ この電池では、なぜ第2電極への接続が必要ないのか分かりますか？
- 2枚のアルミの帯が触れ合うと同時に、電池の中で電気が発生し、帯の中を一方の電極からもう一方の電極へと流れていきます。 電気の流れは目に見えないので、体感してみましょう。 2本の電極を1cmほど離して、指先で触ってみてください。 少量の電気がアルミ片からもう片方のアルミ片に流れることで、体の中にピリピリとした痛みを感じることができますか？
- もっと電気を使いたい（ピリピリ感をもっと強くしたい）場合は、1つ目と同じ2つ目の電池を作ります。 先ほど使ったレモンの別の場所を選ぶか、2個目のレモンを使って2つ目の電池を作ります。 なお、2つ目の電池を作るのに必要なアルミ片は1枚だけです。 2つ目の電池を元の電池に接続するには、1つ目の電池の電極となるアルミ片を探します。 このアルミ片のもう一方の端を、プラスチックコーティングされたペーパークリップで、2つ目の電池のペニーに取り付けます。
- この接続された電池セットを、単一の電池をテストしたのと同様に、電池セットから突き出ている2本のアルミ箔の端（端が空いている方）を指先に接触させてテストします。 電気が流れているのを感じますか？ 最初のときによく感じられたのなら、今回もそうでしょうか？ ピリピリ感が感じられない場合は、小銭やレモンに刺したアルミ片がレモン果汁に触れているか、小銭とアルミ片がしっかりと接触しているか、アルミ片同士が接触していないかなどを確認してください。 すべてに問題がなければ、ピリピリとした痛みを感じるには、もう少し電気が必要かもしれません。 別の人が電気を感じるかどうかテストしてもいいですし、レモン電池をもう1個追加してもいいでしょう）
- おまけ。 電気が発生しているかどうかがわかったところで、いろいろな構成を試してみましょう。 アルミ片を接触させるとどうなるか？ アルミ片をプラスチック片、折りたたまれていない金属製のペーパークリップ、つまようじなどに置き換えるとどうなるでしょうか。
- おまけ。 科学者たちは、この活動で電池を接続した方法を “電池の直列接続 “と呼んでいます。 2つの電池の接続方法によって、あなたが感じた電気の量に違いがあると思いますか？ 試しに、2つの銅の電極を互いに接続し、2つのアルミニウムの電極も同じように接続してみましょう。 科学者たちはこれを “電池の並列接続 “と呼んでいます。 両方の接続方法を試して、比較してみてください。 違いを感じますか？
- おまけ。 電池の電極として、いろいろな種類の金属を試してみましょう。 1円玉2枚を電極にした電池は発電すると思いますか？ また、1円玉と5円玉を使った電池はどうでしょうか？ 組み合わせによっては、発電しても、その量は体感できないかもしれません。 2つ以上の電池をつなげば、良い組み合わせがわかるかもしれません。 電池の電解質にレモンを使いました。 他の野菜や果物でもうまくいくと思いますか？ じゃがいも、りんご、たまねぎの電池はどうでしょうか？ 台所にあるものを試してみてください（もちろん、許可を得ています）。 ある果物や野菜は、他のものよりも優れていますか？ 電池がどのように電気を発生させるかについて学んだことを踏まえて、ある種類の野菜がより強い電池を作ったのはなぜだと思いますか？
- おまけ。
観察と結果
指先にピリピリとした痛みを感じましたか？
今作った電池は、銅とアルミの電極が電解液のレモン汁で分離されています。 一方の電極からもう一方の電極に電気が流れる道ができれば、すぐに電気が発生します。
この電池を指先につないで、わずかな電気を体中に流します。
電池を指先につなぐことで、電池が発生するわずかな電気を体に流すことができます。 感じ方には個人差があります。 人によっては、複数の電池を特殊な方法で接続したときに発生する大きな信号だけを感じる人もいるでしょう。 アルミ板を接触させると、電極から電極への電気の流れ方が非常に簡単になるため、体の中にはほとんど電気が流れず、ピリピリ感がなくなります。 プラスチックや木は電気を通しにくいので、接続しても何も感じません。 一方、金属は電気をよく通します。 電極となる金属の組み合わせによって、発生する電気の量が変わります。
この活動では、非常に電圧の低い自家製電池を作りました。
このアクティビティでは、非常に低電圧の自家製バッテリーを作りましたが、市販のバッテリーを使用するのは危険ですし、コンセントを使った実験は絶対にしないでください！
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